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第一章 自动控制系统的基本概念 1

1.1 绪论 1

1.1.1 自动控制技术 1

1.1.2 自动控制技术的发展概况 1

1.1.3 自动控制理论 2

1.2 自动控制的任务 2

1.3 自动控制的基本方式 3

1.3.1 按输入量操纵的开环控制 4

1.3.2 按扰动补偿的开环控制 5

1.3.3 按偏差调节的闭环控制 6

1.3.4 复合控制 7

1.4 闭环控制系统的组成和基本环节 8

1.4.1 闭环控制系统结构框图 8

1.4.2 闭环控制系统的基本环节 8

1.4.3 控制系统中的专用术语 9

1.5 自动控制系统的分类 10

1.5.1 线性系统和非线性系统 10

1.5.2 定常系统和时变系统 11

1.5.3 连续系统与离散系统 11

1.5.4 恒值系统、随动系统和程序控制系统 11

1.6 自动控制系统的性能要求 12

1.6.1 稳 12

1.6.2 快 12

1.6.3 准 12

习题 13

第二章 自动控制系统的数学模型 14

2.1 控制系统微分方程的建立 14

2.1.1 机械系统 15

2.1.2 电路系统 17

2.1.3 非线性微分方程小偏差线性化 18

2.2 传递函数 20

2.2.1 传递函数的概念 20

2.2.2 传递函数的定义 21

2.2.3 关于传递函数的几点说明 22

2.2.4 典型环节的传递函数 23

2.3 系统动态结构图 28

2.3.1 动态结构图的组成 28

2.3.2 系统动态结构图的建立 29

2.3.3 传递函数和结构图的等效变换 30

2.4 信号流图与梅森公式 40

2.4.1 信号流图中的术语 40

2.4.2 信号流图的绘制 40

2.4.3 梅森公式（S.J.Mason） 40

习题 44

第三章 自动控制系统时域分析 47

3.1 典型输入信号及性能指标 47

3.1.1 典型输入信号 47

3.1.2 典型初始状态 51

3.1.3 典型时间响应 51

3.1.4 阶跃响应性能指标 52

3.2 一阶系统分析与计算 54

3.2.1 一阶系统的数学模型 54

3.2.2 一阶系统的单位阶跃响应 54

3.2.3 一阶系统的单位阶跃响应的性能指标 55

3.3 二阶系统分析与计算 56

3.3.1 二阶系统的数学模型 57

3.3.2 二阶系统的特征根及性质 57

3.3.3 二阶系统的单位阶跃响应 58

3.4 高阶系统的时域分析 68

3.5 系统稳定性分析 69

3.5.1 稳定的基本概念 69

3.5.2 稳定的数学条件 70

3.5.3 代数稳定判据 72

3.6 系统稳态误差分析 79

3.6.1 误差与稳态误差 79

3.6.2 稳态误差计算 80

3.6.3 系统型别 81

3.6.4 输入信号xr（t）作用下的稳态误差与静态误差系数 82

3.6.5 扰动信号xd（t）作用下的稳态误差 86

习题 87

第四章 根轨迹法 91

4.1 根轨迹法的基本概念 91

4.1.1 根轨迹概念 91

4.1.2 根轨迹与系统性能 92

4.1.3 闭环零、极点与开环零、极点之间的关系 93

4.1.4 根轨迹方程 94

4.2 根轨迹绘制的基本法则 96

4.3 广义根轨迹 114

4.3.1 参数根轨迹 115

4.3.2 零度根轨迹 116

4.4 控制系统的根轨迹分析 120

4.4.1 用闭环零、极点表示的阶跃响应解析式 120

4.4.2 闭环零、极点分布与阶跃响应的定性关系 121

4.4.3 主导极点与偶极子的概念 122

4.4.4 利用主导极点估算系统性能 122

习题 125

第五章 自动控制系统频域分析 128

5.1 频率特性 128

5.1.1 频率响应 128

5.1.2 频率特性的定义 130

5.2 频率特性的图解法 133

5.2.1 极坐标频率特性图 133

5.2.2 对数坐标频率特性图 135

5.3 典型环节的频率特性 137

5.4 系统开环频率特性的绘制 145

5.4.1 开环幅相特性曲线的绘制 145

5.4.2 开环对数频率特性的绘制 149

5.4.3 最小相位系统和非最小相位系统 152

5.5 频率域稳定判据 153

5.5.1 奈奎斯特稳定性判据 153

5.5.2 对数频率稳定判据 159

5.5.3 频域法分析系统的相对稳定性 161

5.6 开环频率特性分析系统性能 162

5.6.1 L（ω）低频渐近线与系统稳态误差的关系 163

5.6.2 L（ω）中频段特性与系统动态性能的关系 163

5.6.3 L（ω）高频段对系统性能的影响 167

5.7 闭环频率特性分析系统性能 167

5.7.1 闭环频率特性 167

5.7.2 闭环频域指标与时域指标的关系 168

习题 170

第六章 自动控制系统的校正 173

6.1 控制系统校正的基本概念 173

6.1.1 系统的性能指标 173

6.1.2 系统的校正方式 174

6.1.3 校正装置的设计方法 175

6.2 串联校正 176

6.2.1 相位超前校正 176

6.2.2 相位滞后校正 180

6.2.3 相位滞后-超前校正 181

习题 182

第七章 MATLAB在控制系统中的应用 184

7.1 控制系统数学模型的MATLAB描述 184

7.1.1 传递函数模型 184

7.1.2 零极点模型 185

7.1.3 MATLAB在系统方框图化简中的应用 186

7.2 用MATLAB进行时域分析 187

7.2.1 典型外作用的时域响应 187

7.2.2 系统稳定性分析 189

7.3 用MATLAB绘制系统的根轨迹图 190

7.4 MATLAB在频域分析中的应用 191

参考文献 194