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目录1

第1章　控制系统的基本概念1

1.1　控制系统的发展历史1

1.2　控制系统的基本类型3

1.2.1 恒值控制系统和随动控制系统3

1.2.2　线性控制系统和非线性控制系统3

1.2.3　连续控制系统和采样控制系统4

1.2.4　开环控制系统和闭环控制系统5

1.3　控制系统的基本要求6

小结7

习题8

第2章　控制系统的数学模型10

2.1　建立动态微分方程的一般方法10

2.2　传递函数12

2.2.1　传递函数的基本概念13

2.2.2　典型环节及其传递函数15

2.3　系统的动态结构图18

2.3.1　结构图的构成18

2.3.2　控制系统的传递函数19

2.4.1 串联环节的等效变换22

2.4　结构图的等效变换22

2.4.2　并联环节的等效变换23

2.4.3　反馈环节的等效变换24

2.4.4　结构图的等效变换法则26

2.4.5 系统结构图等效变换举例27

小结29

习题29

3.1.1　典型输入信号33

第3章　时域分析法33

3.1　典型输入信号及时域性能指标33

3.1.2　输入量为单位阶跃函数的系统暂态性能指标35

3.2　控制系统的稳定性35

3.2.1　线性系统稳定性的概念35

3.2.2 劳斯判据36

3.3　一阶系统的阶跃响应39

3.3.1　一阶系统的数学模型39

3.3.3　一阶系统的暂态性能指标40

3.3.2　一阶系统的暂态响应40

3.3.4　三种典型输入信号响应之间的关系41

3.4　二阶系统的阶跃响应42

3.4.1 二阶系统的数学模型42

3.4.2　二阶系统的暂态响应43

3.4.3　二阶系统的暂态性能指标45

3.4.4　高阶系统与闭环主导极点49

3.5　系统的稳态误差分析49

3.5.1　误差与稳态误差49

3.5.2　在典型输入信号作用下的稳态误差50

3.5.3　扰动信号作用下的稳态误差54

3.5.4　减少稳态误差的措施56

小结56

习题56

第4章　频率特性法60

4.1　频率特性的基本概念60

4.1.1　频率特性的定义60

4.1.2　频率特性的描述方式61

4.2.1　放大（比例）环节62

4.2　典型环节的频率特性62

4.2.2　积分环节63

4.2.3　微分环节64

4.2.4　惯性环节（一阶系统）65

4.2.5　二阶振荡环节（二阶系统）67

4.2.6　延迟环节69

4.3　开环频率特性的绘制70

4.3.1　幅相频率特性曲线的绘制70

4.3.2　对数频率特性曲线的绘制73

4.4.1　奈奎斯特稳定判据77

4.4　稳定性判据77

4.4.2　控制系统的相对稳定性79

4.5　开环频率特性与性能指标81

4.5.1　开环频率特性与系统性能81

4.5.2　开环频率特性与系统暂态性能指标83

小结85

习题85

5.1　系统校正的概念89

第5章 系统的校正与设计89

5.2　几种基本控制规律90

5.2.1 比例控制（P控制）90

5.2.2 比例微分控制（PD控制）90

5.2.3 比例积分控制（PI控制）91

5.2.4 比例积分微分控制（PID控制）91

5.3　常用校正装置与特性91

5.3.1　超前校正装置91

5.3.2　滞后校正装置92

5.3.3　滞后－超前校正装置93

5.4　常用的校正方法及校正装置的设计94

5.4.1 串联校正94

5.4.2　反馈校正100

5.4.3 复合校正102

5.5　常用的工程设计方法103

5.5.1　几种常见的近似处理103

5.5.2　二阶工程设计104

5.5.3　三阶工程设计106

习题107

小结107

第6章　采样控制系统109

6.1　采样控制系统的基本概念109

6.1.1 采样脉冲控制系统109

6.1.2　数字控制系统110

6.2　信号的采样和保持110

6.2.1　信号的采样110

6.2.2　信号的保持112

6.3　z变换113

6.3.1　z变换的定义114

6.3.2　z变换的求取114

6.3.3　z变换的基本定理117

6.3.4　z反变换118

6.4　采样系统的传递函数119

6.4.1　脉冲传递函数的基本概念119

6.4.2　开环系统（或环节）的脉冲传递函数120

6.4.3 闭环采样系统的脉冲传递函数121

6.5.1　采样系统的稳定性124

6.5　采样系统的稳定性与稳态误差124

6.5.2　采样系统的稳态误差126

小结128

习题128

第7章　状态空间法130

7.1　状态空间法的基本概念130

7.1.1 基本术语130

7.1.2　状态空间法的建立132

7.2　状态空间法的表达方式134

7.1.3　状态空间法的特点134

7.2.1 一般时域描述转换为状态空间描述135

7.2.2 系统的频域描述化为状态空间描述136

7.2.3　依据状态变量图列写状态空间表达式139

7.2.4　传递函数的状态空间最小实现问题141

7.2.5 由状态空间表达式到传递函数矩阵的转换142

7.3　系统的能控性和可观测性142

7.3.1　能控性和可观测性的概念143

7.3.2　线性定常单输入单输出系统的能控性判据143

7.3.3　线性定常系统的可观测性判据145

7.3.5　能控标准型和可观测标准型149

7.3.4　对偶原理149

7.4　状态反馈与极点配置150

7.4.1　单输入单输出系统的状态反馈和输出反馈150

7.4.2　极点配置法152

小结154

习题154

教学实验157

实验2　控制系统的时域分析158

实验1　控制系统的数学模型仿真158

实验3　控制系统的频域分析160

附录A　拉普拉斯变换162

附录B　MATLAB基础知识简介164

B.1　MATLAB的开发环境164

B.2 MATLAB的基本知识165

B.3 部分MATLAB函数说明167

附录C 常用中英文对照表171

参考文献175