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第1章 自动控制系统概述 1

1.1引言 1

1.2自动控制和自动控制系统的基本概念 1

1.2.1自动控制问题的提出 1

1.2.2基本控制方式 3

1.3闭环自动控制系统的基本组成 5

1.4控制系统举例 6

1.5自动控制系统的分类 8

1.6自动控制理论的发展 10

1.7对控制系统性能的基本要求 12

1.8本课程的研究内容 13

本章小结 14

第2章 控制系统的数学模型 15

2.1引言 15

2.2控制系统的时域数学模型 15

2.3拉普拉斯变换 18

2.3.1拉普拉斯变换的定义 18

2.3.2拉普拉斯变换的性质 21

2.3.3利用部分分式展开法求拉氏反变换 22

2.4控制系统的复域数学模型 25

2.4.1传递函数的概念 25

2.4.2典型环节 28

2.5结构图等效变换和梅逊公式 30

2.5.1结构图 30

2.5.2结构图等效变换 32

2.5.3梅逊公式 36

2.6控制系统的传递函数 38

2.6.1开环传递函数 38

2.6.2闭环传递函数 38

本章小结 40

第3章 线性系统的时域分析与校正 44

3.1时域法概述 44

3.2一阶系统的时间响应及动态性能 45

3.2.1一阶系统的数学模型 45

3.2.2一阶系统的单位脉冲响应 46

3.2.3一阶系统的单位阶跃响应 47

3.2.4一阶系统的单位斜坡响应 48

3.2.5线性系统的重要性质 48

3.3二阶系统的时间响应及动态特性 48

3.3.1二阶系统的数学模型 49

3.3.2典型二阶系统的单位阶跃响应 50

3.3.3二阶系统的单位脉冲响应和单位斜坡响应 57

3.3.4改善二阶系统动态性能的措施 58

3.3.5主导极点和高阶系统的降阶 61

3.4线性系统的稳定性分析 62

3.4.1稳定性的概念 63

3.4.2系统稳定的充分必要条件 63

3.4.3劳斯判据 64

3.5线性系统的稳态误差分析 67

3.5.1误差与稳态误差的定义 67

3.5.2单位反馈系统的稳态误差 70

3.5.3干扰信号作用下的稳态误差 73

3.6线性系统的时域校正 75

3.6.1反馈校正 75

3.6.2复合校正 77

第4章 线性系统的根轨迹分析法 84

4.1引言 84

4.2根轨迹法的基本概念 84

4.2.1根轨迹的定义 84

4.2.2根轨迹与系统性能的关系 85

4.2.3根轨迹方程 86

4.2常规根轨迹的绘制法则 88

4.3广义根轨迹 99

4.3.1参数根轨迹 99

4.3.2零度根轨迹 101

4.4利用根轨迹分析系统性能 102

本章小结 106

第5章 线性系统的频域分析方法 109

5.1频率特性的基本概念 109

5.1.1频率特性的定义 109

5.1.2频率特性的图形表示法 111

5.2幅相频率特性 112

5.2.1典型环节的幅相特性曲线 112

5.2.2开环系统幅相特性曲线的绘制 117

5.3对数频率特性 119

5.3.1典型环节的对数频率特性曲线 119

5.3.2开环对数频率特性曲线 123

5.3.3由对数幅频特性曲线确定传递函数 125

5.4频域稳定判据 126

5.4.1奈奎斯特稳定判据 126

5.4.2对数稳定判据 132

5.5稳定裕度 134

5.6利用开环对数频率特性分析系统的性能 136

5.6.1开环频率特性指标与时域指标之间的关系 136

5.6.2三频段理论 138

5.7闭环频率特性和性能指标 140

5.8线性系统频率法校正 141

5.8.1串联PID校正 142

5.8.2超前校正 145

5.8.3滞后校正 149

5.8.4滞后-超前校正 153

5.8.5按希望特性校正 156

本章小结 159

第6章 现代控制理论概述 163

6.1状态空间法的基本概念 163

6.2线性定常系统状态空间表达式的建立 165

6.2.1根据系统工作机理建立状态空间表达式 165

6.2.2根据微分方程或传递函数建立状态空间表达式 167

6.2.3由结构图建立状态空间表达式 168

6.3由状态空间方程求传递函数阵 169

6.4线性系统的运动 171

6.5线性系统的能控性和能观性 174

6.5.1能控性及其判据 175

6.5.2能观性及其判据 176

6.6极点配置 177

6.6.1状态反馈与极点配置 177

6.6.2输出反馈与极点配置 178

6.7李雅普诺夫稳定性分析 179

6.7.1李雅普诺夫关于稳定性的定义 180

6.7.2李雅普诺夫第一法 182

6.7.3李雅普诺夫第二法 183

6.8最优控制问题 187

6.8.1最优控制的基本概念 187

6.8.2最优控制问题的类型 190

6.9自适应控制的概念 191

6.9.1自适应控制的定义 191

6.9.2自适应控制的实现方式 192

本章小结 194

部分习题参考答案 197

参考文献 203