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绪论 1

0.1 控制系统的概念和发展概况 1

0.2 自动控制系统的基本概念 3

0.3 控制系统的基本控制方式 6

0.4 对控制系统的基本要求 10

0.5 自动控制简史 12

0.6 MATLAB语言简介 13

习题 15

第1章 控制系统的数学模型 17

1.1 数学模型的基本概念 17

1.2 系统的动态微分方程 18

1.3 拉普拉斯变换与拉普拉斯反变换 21

1.3.1 复数与复变函数 22

1.3.2 拉氏变换 23

1.3.3 拉氏反变换 30

1.3.4 用拉氏变换解线性定常微分方程 34

1.4 传递函数 35

1.4.1 传递函数的定义 35

1.4.2 传递函数的基本性质 37

1.5 典型环节 38

1.5.1 典型环节的分类 38

1.5.2 典型环节传递函数示例 39

1.6 系统方框图 44

1.6.1 系统方框图的组成 44

1.6.2 系统方框图的基本连接形式 45

1.6.3 系统方框图的建立 46

1.6.4 系统方框图的等效变换 47

1.7 信号流图 56

1.7.1 信号流图的基本概念 56

1.7.2 方框图与信号流图的对应关系 57

1.7.3 梅逊公式 57

1.8 控制系统的传递函数 61

1.9 数学模型的MATLAB描述 62

1.9.1 传递函数（Transfer Function,TF）模型 62

1.9.2 系统数学模型之间的转换 64

习题 65

第2章 时域分析 68

2.1 典型输入信号 68

2.2 线性系统的时域性能指标 70

2.3 一阶系统的时间响应 71

2.3.1 单位阶跃响应 72

2.3.2 单位速度响应 72

2.3.3 单位加速度响应 73

2.3.4 单位脉冲响应 73

2.4 二阶系统的时间响应 74

2.4.1 二阶系统的单位阶跃响应 74

2.4.2 二阶系统的动态性能指标 78

2.5 高阶系统的时间响应 82

2.6 系统的稳态误差 84

2.6.1 系统的误差e（t）及偏差ε（t） 84

2.6.2 系统的稳态误差 85

2.6.3 稳态误差系数 86

2.6.4 干扰信号作用下的稳态误差 90

2.6.5 减小或消除稳态误差的措施 91

2.7 用MATLAB对线性系统进行时域响应分析 93

习题 98

第3章 控制系统的频率特性 102

3.1 频率特性的基本概念 102

3.1.1 频率特性的物理意义 102

3.1.2 频率特性的数学意义 104

3.1.3 频率特性的表示方法 105

3.2 幅相频率特性 105

3.2.1 比例环节K 105

3.2.2 积分环节 106

3.2.3 理想微分环节 107

3.2.4 惯性环节 108

3.2.5 一阶微分环节 110

3.2.6 振荡环节 111

3.2.7 二阶微分环节 113

3.2.8 延迟环节 114

3.3 系统的开环频率特性图 116

3.3.1 系统开环Nyquist图 116

3.3.2 系统开环Bode图 120

3.4 最小相位系统和非最小相位系统 122

3.5 系统频域性能指标 124

3.6 用MATLAB进行控制系统频域分析 127

3.6.1 基于MATLAB的线性系统的频域分析基本知识 127

3.6.2 基于MATLAB的线性系统的频域分析的其他实例 141

习题 144

第4章 控制系统的稳定性分析 148

4.1 稳定性的基本概念 148

4.1.1 稳定性的定义 148

4.1.2 系统稳定的充要条件 148

4.2 劳斯（Routh）判据 150

4.2.1 系统稳定的必要条件 150

4.2.2 劳斯（Routh）稳定判据 150

4.2.3 劳斯稳定判据特殊情况处理 153

4.3 奈奎斯特稳定判据 154

4.3.1 基本原理 155

4.3.2 奈奎斯特（Nyquis）稳定判据 156

4.4 Bode稳定判据 160

4.4.1 系统开环Bode图与开环奈氏图的对应关系 160

4.4.2 Bode稳定判据的描述 160

4.4.3 系统的相对稳定性 162

4.4.4 Bode稳定判据的应用 163

第5章 控制系统的设计与校正 166

5.1 PID简介 166

5.1.1 PID控制基本原理 166

5.1.2 增量式PID控制算法 167

5.1.3 PID控制器的参数整定 169

5.2 校正的基本概念 171

5.2.1 校正的概念 171

5.2.2 校正的方式 172

5.2.3 校正装置 173

5.3 串联校正 174

5.3.1 三频段对系统性能的影响 174

5.3.2 串联校正方法 174

5.4 反馈校正 178

5.4.1 反馈校正的方式 178

5.4.2 反馈校正的作用 178

5.5 复合校正 179

5.5.1 按输入补偿的复合校正 179

5.5.2 按扰动补偿的复合校正 180

5.6 串联超前校正方法 180

5.7 串联迟后校正 183

5.8 串联迟后-超前校正 186

5.9 复合控制方法 190

5.9.1 按输入补偿的复合控制 190

5.9.2 按扰动补偿的复合控制 193

5.10 系统设计校正的MATLAB实现 194

习题 209

参考文献 210