目 录
第 1章 自动控制的基本概念 1
1.1自动控制的发展简史 1
1.1.1经典控制理论阶段 1
1.1.2 现代控制理论阶段 2
1.1.3 大系统控制阶段 3
1.1.4 智能控制阶段 3
1.2自动控制的基本原理 3
1.2.1 人工控制与自动控制 3
1.2.2 自动控制系统的构成 5
1.2.3自动控制系统的基本控制方式 6
1.3 自动控制系统的分类 8
1.3.1 按输入信号特征分类 8
1.3.2 按系统参数特性分类 8
1.3.3按系统数学模型分类 9
1.3.4按时间变量特性分类 9
1.3.5 按变量数目分类 10
1.3.6 其他分类方法 10
1.4对控制系统性能的基本要求 10
1.4.1 稳定性 10
1.4.2 快速性 11
1.4.3 准确性 11
1.5 Matlab在自动控制系统中的应用 12
1.6本章小结 12
关键术语和概念 12
习题 14

第 2章 控制系统的数学描述 17
2.1控制系统的微分方程描述 18
2.1.1典型控制系统的数学模型 18
2.1.2 非线性微分方程的线性化 23
2.2 拉普拉斯变换及反变换 25
2.2.1 Laplace变换的定义 26
2.2.2 Laplace变换的性质及其应用 28
2.2.3 Laplace反变换 31
2.2.4利用Laplace变换求解线性微分方程 33
2.3 控制系统的传递函数描述 34
2.3.1 传递函数的概念和性质 34
2.3.2典型环节的传递函数 35
2.4 控制系统的结构图 39
2.4.1结构图的概念 39
2.4.2 控制系统结构图的建立 39
2.4.3结构图的等效变换 41
2.5 控制系统的信号流图 46
2.5.1 信号流图 46
2.5.2 梅逊公式 47
2.6 控制系统的传递函数 48
2.7 控制系统数学模型的MATLAB描述 51
2.8 本章小结 53
关键术语和概念 54
习题 55

第3章 控制系统的时域分析法 61
3.1 典型输入信号与时域性能指标 61
3.1.1 典型输入信号 61
3.1.2 系统的时域性能指标 63
3.2 一阶系统的时域分析 65
3.2.1一阶系统的单位阶跃响应 65
3.2.2一阶系统的单位脉冲响应 66
3.2.3 一阶系统的单位斜坡函数响应 67
3.3 二阶系统的时域分析 68
3.3.1 二阶系统的单位阶跃响应 68
3.3.2 二阶系统的脉冲响应 72
3.3.3 欠阻尼二阶系统在单位阶跃输入作用下的瞬态响应指标 73
3.3.4 改善二阶系统性能的措施 79
3.4 高阶系统的时域分析 81
3.4.1 高阶系统的单位阶跃响应 81
3.4.2 主导极点 82
3.5 线性系统的稳定性分析 83
3.5.1 稳定性概念 83
3.5.2 稳定的充分必要条件 84
3.5.3 稳定判据 86
3.6线性系统的稳态误差 92
3.6.1 稳态误差概念 93
3.6.2 稳态误差的计算 94
3.6.3 减小或消除稳态误差的措施 100
3.7利用Matlab进行时域分析 102
3.8 本章小结 106
关键术语和概念 106
习题 107

第4章 根轨迹分析法 111
4.1 根轨迹的基本概念(The Root Locus Concept) 112
4.1.1采用解析法绘制根轨迹图 112
4.1.2根轨迹与系统性能 113
4.1.3根轨迹方程 113
4.2 根轨迹绘制的基本规则 115
4.2.1绘制根轨迹的基本规则 116
4.2.2 绘制根轨迹举例 127
4.3 广义根轨迹绘制 132
4.3.1参变量根轨迹的绘制 133
4.3.2 正反馈系统根轨迹的绘制 135
4.3.3非**小相位系统的根轨迹 138
4.4 基于根轨迹的系统性能分析 139
4.4.1 开环零极点对根轨迹的影响 139
4.4.2 利用根轨迹估算系统参数与性能 143
4.4.3 闭环零、极点分布与系统性能的关系 145
4.5 利用Matlab绘制根轨迹图 147
4.6 本章小结 151
关键术语和概念 151
习题 152

第5章 频率响应分析法 155
5-1 频率特性的基本概念 156
5-2 频率特性的图示方法 158
5.2.1 极坐标图 159
5.2.2 对数坐标图 172
5-3 奈奎斯特稳定判据 186
5.3.1 幅角定理 186
5.3.2 奈奎斯特稳定判据 187
5-4 控制系统的稳定裕量 195
5.4.1相角裕量和幅值裕量 196
5.4.2 稳定裕量的计算 197
5-5 控制系统的闭环频率特性 199
5-6 频域响应与系统性能指标间的关系 202
5-7 利用Matlab进行控制系统的频域分析 205
关键术语和概念 207
习题 208

第6章 线性控制系统的综合与校正 155
6.1综合与校正的概念 212
6.1.1校正的基本方式 212
6.1.2基本控制规律 213
6.1.3校正装置及其特性 216
6.2串联校正 222
6.2.1串联超前校正 222
6.2.2串联滞后校正 225
6.2.3滞后—超前校正 227
6.3反馈校正 228
6.3.1 反馈校正的基本原理 228
6.3.2 反馈校正设计 229
6.4复合校正 232
6.5利用Matlab进行系统校正 234
6.6本章小结 236
关键术语和概念 237
习题 237

第7章 非线性控制系统 242
7.1非线性系统的特点 242
7.2典型非线性环节的数学描述 243
7.3描述函数法 245
7.3.1描述函数的基本概念 245
7.3.2典型非线性特性的描述函数 247
7.3.3用描述函数分析非线性系统 252
7.4相平面法 257
7.4.1相平面图及绘制方法 257
7.4.2奇点与极限环 261
7.4.3相平面分析举例 264
7.5非线性系统的Matlab仿真 268
7.6本章小结 272
关键术语和概念 272
习题 273
第8章 离散控制系统 278
8.1离散系统的基本概念 278
8.2 采样过程与采样定理 279
8.2.1采样过程及其数学描述 279
8.2.2采样定理 281
8.2.3信号的恢复 282
8.3 Z变换理论 284
8.3.1 Z变换定义和性质 284
8.3.2 Z变换方法 287
8.3.3 Z反变换方法 290
8.4 离散控制系统的数学描述 292
8.4.1 线性常系数差分方程 292
8.4.2 脉冲传递函数 295
8.5 离散控制系统的分析与设计 303
8.5.1 稳定性分析 304
8.5.2 瞬态响应 307
8.6 离散控制系统的稳态误差 308
8.7离散系统的数字控制器设计 311
8.8 离散系统的Matlab仿真 314
8.9本章小结 319
关键术语和概念 319
习题 319
附录 部分习题参考答案 322
主要参考文献 331