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第1章 绪论 1

1.1 自动控制理论的发展及其在国民经济中的作用 1

1.2 自动控制系统的基本概念 1

1.2.1 手动控制与自动控制 1

1.2.2 自动控制系统的组成 3

1.2.3 自动控制系统中信号的定义 4

1.3 开环控制和闭环控制 4

1.3.1 开环控制 4

1.3.2 闭环控制 5

1.4 自动控制系统的分类 5

1.5 自动控制系统的性能评价 7

1.6 典型输入信号 7

1.7 自动控制系统实例 9

1.8 本课程的内容梗概 11

1.9 小结 12

习题 13

第2章 控制系统的数学模型 14

2.1 线性系统微分方程的建立 14

2.2 非线性系统的小信号线性化模型 18

2.2.1 光滑非线性函数的线性化处理方法 19

2.2.2 非线性微分方程的线性化处理方法 20

2.2.3 反馈控制系统线性化微分方程的建立 23

2.3 传递函数 24

2.3.1 传递函数的表示形式 25

2.3.2 传递函数与单位冲激响应 26

2.3.3 传递函数的性质 27

2.3.4 典型环节及其传递函数 27

2.4 系统结构图 30

2.4.1 系统结构图的构建 31

2.4.2 结构图的变换和化简 34

2.5 MATLAB中传递函数的表示与计算 40

2.5.1 传递函数的多项式表示 40

2.5.2 传递函数的零、极点表示 41

2.5.3 连续系统的模型转换 42

2.5.4 结构图化简 43

2.6 小结 44

习题 44

第3章 控制系统的时域分析 46

3.1 线性定常系统的时域响应 46

3.1.1 传递函数的零、极点与系统时域响应的关系 46

3.1.2 线性常系数微分方程的解 48

3.1.3 零、极点对消问题 50

3.2 控制系统的时域性能指标 53

3.2.1 稳态性能指标 53

3.2.2 动态性能指标 54

3.3 控制系统的稳定性分析 55

3.3.1 稳定性的概念 55

3.3.2 线性定常系统稳定的充分必要条件 56

3.3.3 劳斯判据 56

3.3.4 用劳斯判据确定系统参数 60

3.3.5 相对稳定性和稳定裕量 61

3.4 控制系统的稳态误差分析 62

3.4.1 稳态误差的计算 62

3.4.2 相对稳态误差 68

3.4.3 静态误差系数 70

3.4.4 动态误差系数 73

3.4.5 系统参数变化引起的稳态误差 78

3.4.6 改善系统稳态精度的途径 79

3.5 控制系统的动态品质分析 79

3.5.1 典型一阶系统的时域分析 79

3.5.2 典型二阶系统的时域分析 80

3.5.3 高阶系统的时域分析 88

3.6 用MATLAB进行系统时域分析 94

3.6.1 绘制时域响应曲线 94

3.6.2 求传递函数的零、极点 97

3.6.3 用LTI Viewer获得时域响应曲线 98

3.6.4 用Simulink进行时域响应分析 99

3.7 小结 100

习题 100

第4章 控制系统的根轨迹 104

4.1 根轨迹的基本概念 104

4.1.1 什么是根轨迹 104

4.1.2 根轨迹满足的基本条件 105

4.2 根轨迹的基本规律 106

4.2.1 根轨迹的基本规律 107

4.2.2 根轨迹绘图示例 109

4.3 特殊根轨迹 113

4.3.1 以时间常数为参量的根轨迹 113

4.3.2 零度根轨迹 117

4.4 根轨迹与系统稳定性 118

4.4.1 增加开环零、极点对系统稳定性的影响 118

4.4.2 开环零、极点抵消对系统稳定性的影响 122

4.5 根轨迹与系统的动态特性 127

4.5.1 等阻尼线和等角频率线 127

4.5.2 利用根轨迹估计系统的动态特性 128

4.6 用MATLAB绘制根轨迹图 132

4.7 小结 134

习题 134

第5章 控制系统的频域分析 136

5.1 频率特性 137

5.1.1 频率特性的定义 137

5.1.2 频率特性与传递函数的关系 139

5.1.3 频率特性曲线的三种表示形式 141

5.2 典型环节的频率特性 143

5.2.1 传递函数的典型环节分解 143

5.2.2 典型环节的频率特性 143

5.3 系统的开环对数频率特性 153

5.3.1 系统开环对数频率特性的求取 153

5.3.2 开环对数幅频渐近特性 155

5.3.3 最小相位传递函数和最小相位系统 159

5.3.4 传递函数的频域实验室测定 162

5.3.5 利用对数幅频渐近特性的线性关系计算参数 168

5.4 系统的开环极坐标图 169

5.4.1 系统开环极坐标概略图的绘制 169

5.4.2 最小相位系统频率特性极坐标图的一般规律 172

5.4.3 -∞＜ω＜0的极坐标图 173

5.4.4 延迟系统的极坐标图 174

5.4.5 开环极坐标图与开环Bode图的关系 175

5.5 奈奎斯特稳定判据 175

5.5.1 映射定理 175

5.5.2 Nyquist稳定判据 176

5.5.3 虚轴上开环极点的影响 180

5.5.4 用广义开环极坐标图判断系统的稳定性 184

5.5.5 广义开环极坐标图环绕（-1,j0）点次数的计算 189

5.5.6 抵消不稳定开环极点对Nyquist判据的影响 193

5.5.7 Bode图上的Nyquist判据 193

5.6 控制系统的相对稳定性 195

5.6.1 幅值裕量 195

5.6.2 相角裕量 196

5.6.3 对数幅相图上的相对稳定性表示 203

5.7 控制系统的闭环频率特性 204

5.7.1 等M圆 204

5.7.2 等N圆 205

5.7.3 单位反馈系统闭环频率特性的求取 206

5.7.4 尼科尔斯图线 207

5.8 典型二阶系统的频域动态分析 209

5.8.1 典型二阶系统的开环频域性能指标 209

5.8.2 典型二阶系统的闭环频域性能指标 212

5.9 高阶系统的频域分析 215

5.9.1 高阶最小相位系统的开环频域指标与系统时域响应的关系 215

5.9.2 高阶系统对数幅频渐近特性中频段的形状与系统的相角裕量 219

5.10 MATLAB频域特性分析 222

5.11 小结 226

习题 227

第6章 控制系统的校正 230

6.1 概述 230

6.2 PID控制规律 232

6.2.1 PID控制作用 232

6.2.2 用最佳二阶系统法进行PID校正 242

6.3 串联校正装置及其特性 242

6.3.1 相位角与向量角 243

6.3.2 超前校正装置 243

6.3.3 滞后校正装置 245

6.3.4 滞后—超前校正装置 247

6.4 采用根轨迹法进行串联校正 249

6.4.1 串联超前校正 249

6.4.2 串联滞后校正 259

6.4.3 串联滞后—超前校正 262

6.5 采用频率法进行串联校正 269

6.5.1 用频率法进行串联超前校正 270

6.5.2 用频率法进行串联滞后校正 277

6.5.3 用频率法进行串联滞后—超前校正 280

6.5.4 按期望特性进行串联校正 288

6.6 反馈校正及多闭环控制系统 290

6.6.1 局部反馈的作用 290

6.6.2 多闭环控制系统及设计方法 293

6.7 复合校正 303

6.7.1 反馈控制加前馈校正的复合控制 303

6.7.2 反馈控制加干扰补偿校正的复合控制 307

6.8 系统对扰动输入的响应及恒值调节系统设计 308

6.9 小结 315

习题 316

附录 典型图例的MATLAB源程序 318

参考文献 328