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第1章 绪论1

1.1 控制系统的工作原理与分类1

1.1.1 控制系统的工作原理1

1.1.2 闭环控制系统的基本组成4

1.1.3 控制系统的分类4

1.1.4 有关基本概念和术语6

1.2 控制系统的基本要求及应用6

1.2.1 对控制系统的基本要求6

1.2.2 控制系统在机械工程中的应用7

1.3 控制理论发展历史简介10

1.3.1 经典控制理论10

1.3.2 现代控制理论11

1.4 本课程的学习方法和目标11

1.4.1 本课程的学习方法11

1.4.2 学习本课程要达到的目标12

本章小结12

本章习题及答案12

第2章 控制理论的数学基础15

2.1 复变函数及其有关定理15

2.1.1 复数与复变函数15

2.1.2 幅角原理（柯西定理）18

2.2 拉普拉斯变换19

2.2.1 拉普拉斯变换的定义19

2.2.2 几种典型函数的拉普拉斯变换20

2.2.3 拉普拉斯变换的主要定理22

2.2.4 拉普拉斯逆变换24

2.2.5 应用拉普拉斯变换解线性微分方程28

2.3 傅里叶变换30

2.3.1 傅里叶变换的定义30

2.3.2 傅里叶变换的性质30

2.3.3 傅里叶变换与拉普拉斯变换的关系32

本章小结33

本章习题及答案33

第3章 控制系统的数学模型35

3.1 控制系统的微分方程35

3.1.1 建立数学模型的基本步骤36

3.1.2 列写控制系统微分方程举例36

3.1.3 微分方程的增量化表示38

3.1.4 非线性微分方程的线性化39

3.2 控制系统的传递函数41

3.2.1 传递函数的概念和定义42

3.2.2 传递函数的零点和极点43

3.2.3 典型环节及其传递函数44

3.2.4 传递函数方框图及其简化51

3.2.5 反馈控制系统的传递函数60

3.3 控制系统的频率特性62

3.3.1 频率特性的基本概念62

3.3.2 频率特性的图示方法65

3.3.3 典型环节的频率特性图67

3.3.4 闭环频率特性77

3.3.5 最小相位系统与非最小相位系统79

本章小结80

本章习题及答案80

第4章 时间响应分析84

4.1 时间响应与典型输入信号84

4.1.1 时间响应及其组成84

4.1.2 典型输入信号87

4.2 一阶系统89

4.2.1 一阶系统的单位脉冲响应89

4.2.2 一阶系统的单位阶跃响应90

4.3 二阶系统91

4.3.1 二阶系统的单位脉冲响应92

4.3.2 二阶系统的单位阶跃响应93

4.3.3 二阶系统时间响应的性能指标95

4.4 高阶系统100

4.5 控制系统的误差分析与计算101

4.5.1 控制系统的误差与偏差102

4.5.2 控制系统误差传递函数103

4.5.3 控制系统稳态偏差的计算104

本章小结108

本章习题及答案108

第5章 控制系统的稳定性110

5.1 控制系统的稳定性概念110

5.1.1 控制系统不稳定现象的发生110

5.1.2 稳定性的定义和条件112

5.1.3 李雅普诺夫稳定性概念和渐近稳定性113

5.2 劳斯稳定性判据115

5.2.1 控制系统稳定的必要条件115

5.2.2 控制系统稳定的充要条件116

5.2.3 劳斯稳定性判据的特殊情况119

5.3 奈奎斯特稳定性判据120

5.3.1 米哈伊洛夫定理121

5.3.2 奈奎斯特稳定性判据122

5.3.3 开环传递函数在虚轴上有极点时的稳定性124

5.3.4 关于奈奎斯特稳定性判据的几点说明126

5.3.5 奈奎斯特稳定性判据应用举例127

5.3.6 具有延时环节的系统的稳定性分析129

5.4 伯德稳定性判据130

5.4.1 奈奎斯特图和伯德图的对应关系130

5.4.2 穿越的概念131

5.4.3 伯德稳定性判据131

5.5 系统的相对稳定性132

5.5.1 相位裕度133

5.5.2 幅值裕度134

本章小结137

本章习题及答案137

第6章 根轨迹法140

6.1 根轨迹的基本概念140

6.2 根轨迹方程141

6.3 绘制根轨迹的规则和方法143

6.4 根轨迹法的应用150

6.4.1 用根轨迹法确定控制系统参数150

6.4.2 增益给定时的闭环传递函数152

6.4.3 阻尼比给定时的闭环极点和单位阶跃响应153

本章小结153

本章习题及答案154

第7章 控制系统设计与性能校正7.1 控制系统设计概述157

7.1.1 设计控制系统的一般原则157

7.1.2 控制系统的设计步骤158

7.1.3 控制系统的性能指标159

7.1.4 常见校正方式160

7.2 串联校正设计161

7.2.1 相位超前校正161

7.2.2 相位滞后校正166

7.2.3 相位滞后-超前校正170

7.3 PID校正设计172

7.3.1 PID控制规律173

7.3.2 PID校正环节177

7.3.3 PID控制器设计178

7.4 反馈校正设计180

7.4.1 位置反馈校正180

7.4.2 速度反馈校正181

7.5 恒值控制系统设计实例182

7.5.1 单回路直流调速系统的组成与工作原理183

7.5.2 直流调速系统的性能指标要求184

7.5.3 控制系统数学模型的建立185

7.5.4 控制系统开环放大系数的确定188

7.5.5 控制系统校正装置参数的确定189

7.5.6 控制系统校正装置的工程实现193

7.6 伺服控制系统设计实例194

7.6.1 概述195

7.6.2 控制系统的组成和工作原理195

7.6.3 控制系统性能分析196

本章小结199

本章习题及答案200

主要参考文献202