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1.1 概述1

1.2 自动控制的发展简史1

第1章 自动控制的基本概念1

1.3 自动控制的基本方式3

1.3.1 开环控制3

1.3.2 闭环控制4

1.3.3 复合控制6

1.3.4 自动控制系统的基本组成7

1.4 自动控制系统的分类8

1.4.1 恒值系统、随动系统及程序控制系统8

1.4.3 连续控制系统和离散控制系统9

1.4.2 线性系统和非线性系统9

1.5 对自动控制系统的基本要求10

习题111

第2章 控制系统的数学模型13

2.1 微分方程13

2.2 非线性微分方程的线性化17

2.3 传递函数18

2.3.1 传递函数的基本概念18

2.3.2 典型环节及其传递函数19

2.4.2 结构图的组成25

2.4.1 结构图的基本概念25

2.4 结构图及其等效变换25

2.4.3 系统结构图的建立26

2.4.4 结构图的等效变换29

2.4.5 结构图等效变换的应用34

2.5 闭环控制系统的传递函数35

2.5.1 系统的开环传递函数36

2.5.2 系统的闭环传递函数36

2.5.3 闭环系统的误差传递函数37

2.6 利用MATLAB求系统的传递函数38

2.7 设计实例：低通滤波器的设计40

习题241

第3章 线性连续系统的时域分析45

3.1 典型输入信号和动态性能指标45

3.1.1 典型输入信号45

3.1.2 动态性能指标47

3.2 一阶系统的时域分析49

3.2.1 一阶系统的数学模型49

3.2.2 一阶系统的单位阶跃响应及其动态性能指标49

3.3 二阶系统的时域分析51

3.3.1 二阶系统的数学模型51

3.3.2 二阶系统的闭环极点52

3.3.3 二阶系统的单位阶跃响应53

3.3.4 欠阻尼二阶系统的动态性能指标计算57

3.3.5 具有零点的二阶系统的时域分析59

3.4 高阶系统的时域分析61

3.4.1 典型三阶系统的时域分析61

3.4.2 高阶系统的时域分析62

3.5 线性系统的稳定性分析63

3.5.1 稳定的基本概念和线性系统稳定的充要条件63

3.5.2 劳斯（Routh）判据64

3.5.3 劳斯判据的特殊情况66

3.6.1 误差及稳态误差的基本概念67

3.6 稳态误差分析67

3.6.2 给定输入作用下的稳态误差分析68

3.6.3 扰动输入作用下的稳态误差分析73

3.6.4 减小或消除稳态误差的措施74

3.7 应用MATLAB分析控制系统的性能75

3.7.1 利用MATLAB分析系统的稳定性75

3.7.2 用MATLAB分析系统的动态性能77

3.8 设计实例：望远镜指向控制系统的设计78

习题380

4.1 根轨迹的基本概念84

4.1.1 根轨迹概念84

第4章 根轨迹法84

4.1.2 根轨迹与系统性能的关系85

4.1.3 根轨迹方程85

4.2 根轨迹绘制的基本法则87

4.2.1 根轨迹的起点和终点87

4.2.2 根轨迹条数和对称性88

4.2.3 实轴上的根轨迹88

4.2.4 根轨迹的分离点或会合点89

4.2.5 根轨迹的渐近线90

4.2.6 根轨迹的出射角和入射角92

4.2.7 根轨迹与虚轴的交点93

4.2.8 闭环极点的性质94

4.3 广义根轨迹97

4.3.1 参数根轨迹97

4.3.2 零度根轨迹99

4.4 控制系统的根轨迹法分析103

4.4.1 闭环零、极点与系统的阶跃响应103

4.4.2 利用主导极点估算系统的性能指标104

4.4.3 通过改变根轨迹改善系统的品质105

4.5 利用MATLAB绘制系统的根轨迹107

4.6 设计实例：激光操纵控制系统108

习题4110

5.1 频率特性的基本概念114

第5章 线性连续系统的频域分析114

5.2 频率特性的几何表示方法116

5.2.1 幅相频率特性曲线116

5.2.2 对数频率特性曲线118

5.3 典型环节的频率特性119

5.3.1 比例环节的频率特性119

5.3.2 积分环节的频率特性120

5.3.3 惯性环节的频率特性121

5.3.4 振荡环节的频率特性124

5.3.5 微分环节的频率特性127

5.3.6 延迟环节的频率特性128

5.4 开环系统频率特性的绘制129

5.4.1 开环幅相曲线的绘制129

5.4.2 开环对数频率特性的绘制133

5.4.3 最小相位系统和非最小相位系统137

5.5 频域稳定性判据138

5.5.1 奈奎斯特稳定判据139

5.5.2 对数频率稳定判据146

5.6 稳定裕度147

5.7 开环频率特性与系统动态性能的关系149

5.8.1 闭环频率特性和开环频率特性的关系152

5.8 闭环频率特性152

5.8.2 等M圆图和等N圆图153

5.8.3 带宽频率和带宽155

5.8.4 闭环系统频域和时域指标的转换156

5.9 利用MATLAB绘制系统的频率特性158

5.10 设计实例：雕刻机位置控制系统160

习题5161

第6章 自动控制系统的校正165

6.1 控制系统校正的概念165

6.2 频率法串联校正167

6.2.1 串联超前校正168

6.2.2 串联滞后校正173

6.2.3 串联滞后—超前校正176

6.3 反馈校正179

6.4 复合校正182

习题6185

第7章 非线性控制系统分析189

7.1 非线性系统的一般概念189

7.1.1 典型非线性特性189

7.1.2 非线性系统的特征190

7.2 描述函数法191

7.2.1 描述函数的概念191

7.2.2 描述函数的求法192

7.3 非线性系统的描述函数法分析194

7.3.1 非线性系统的稳定性分析195

7.3.2 非线性系统自激振荡分析196

7.4 相平面分析法198

7.4.1 相平面分析法的基本概念198

7.4.2 相平面图的绘制198

7.4.3 奇点和奇线201

7.4.4 非线性系统的相平面分析205

习题7207

8.1 离散系统的基本概念210

8.1.1 采样控制系统210

第8章 线性离散系统的分析与综合210

8.1.2 数字控制系统212

8.1.3 离散控制系统的特点214

8.1.4 离散系统的研究方法214

8.2 信号的采样与保持214

8.2.1 采样过程214

8.2.2 香农采样定理215

8.3 Z变换221

8.3.1 Z变换的定义221

8.3.2 Z变换方法221

8.3.3 Z变换的基本定理224

8.3.4 Z反变换226

8.3.5 差分方程及其解法228

8.4 脉冲传递函数229

8.4.1 脉冲传递函数的定义229

8.4.2 开环系统脉冲传递函数231

8.4.3 有零阶保持器的开环系统脉冲传递函数233

8.4.4 闭环系统脉冲传递函数234

8.5 离散系统的性能分析238

8.5.1 离散系统的稳定性238

8.5.2 离散系统的稳态误差242

8.5.3 离散系统的动态性能245

8.6.1 应用对数频率特性综合离散系统250

8.6 离散系统的综合250

8.6.2 最少拍系统设计252

8.7 数字控制器的实现258

8.8 MATLAB在离散系统中的应用259

习题8261

附录264

附录Ⅰ-1 常用函数拉普拉斯变换表264

附录Ⅰ-2 拉普拉斯变换的一些定理265

附录Ⅱ 常用函数z变换表266

附录Ⅲ MATLAB控制系统工具箱部分函数表268

参考文献269