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1 概论1

1.1 控制理论在工程中的应用和发展1

1.2 自动控制系统的基本概念2

1.3 控制理论在机械制造工业中的应用7

1.4 课程主要内容及学时安排11

例题及习题12

2 控制系统的动态数学模型15

2.1 微分方程表示的基本环节数学模型15

2.2 数学模型的线性化19

2.3 拉氏变换及反变换21

2.4 传递函数以及典型环节的传递函数31

2.5 系统函数方块图及其简化41

2.6 系统信号流图及梅逊公式44

2.7 受控机械对象数学模型48

2.8 绘制实际物理系统的函数方块图51

2.9 控制系统数学模型的MATLAB实现58

2.10 状态空间方程的基本概念62

例题及习题66

3 时域瞬态响应分析76

3.1 时域响应以及典型输入信号76

3.2 一阶系统的瞬态响应78

3.3 二阶系统的瞬态响应81

3.4 时域分析性能指标87

3.5 高阶系统的瞬态响应91

3.6 借助MATLAB进行系统时间响应分析93

3.7 时域瞬态响应的实验方法101

例题及习题103

4 控制系统的频率特性111

4.1 机电系统频率特性的概念及其基本实验方法111

4.2 极坐标图118

4.3 对数坐标图123

4.4 由频率特性曲线求系统传递函数131

4.5 由单位脉冲响应求系统的频率特性134

4.6 对数幅相特性图135

4.7 控制系统的闭环频响136

4.8 机械系统动刚度的概念143

4.9 借助MATLAB进行控制系统的频域响应分析144

4.10 小结148

例题及习题148

5 控制系统的稳定性分析155

5.1 系统稳定性的基本概念155

5.2 系统稳定的充要条件156

5.3 代数稳定性判据157

5.4 乃奎斯特稳定性判据163

5.5 应用乃奎斯特稳定性判据分析延时系统的稳定性170

5.6 由伯德图判断系统的稳定性174

5.7 控制系统的相对稳定性177

5.8 借助MATLAB分析系统稳定性181

例题及习题183

6 控制系统的误差分析和计算189

6.1 稳态误差的基本概念189

6.2 输入引起的稳态误差190

6.3 干扰引起的稳态误差194

6.4 减小系统误差的途径198

6.5 动态误差系数201

例题及习题203

7 控制系统的综合与校正208

7.1 系统的性能指标208

7.2 系统的校正概述211

7.3 串联校正212

7.4 反馈校正221

7.5 用频率法对控制系统进行综合与校正224

7.6 典型控制系统举例235

7.7 确定PID参数的其他方法246

7.8 MATLAB在系统综合校正中的应用251

7.9 小结254

例题及习题254

8 根轨迹法261

8.1 根轨迹与根轨迹方程261

8.2 绘制根轨迹的基本法则264

8.3 其他参数根轨迹图的绘制270

8.4 根轨迹图绘制举例271

8.5 系统闭环零点、极点的分布与性能指标274

8.6 借助MATLAB进行系统根轨迹分析281

例题及习题283

9 控制系统的非线性问题286

9.1 概述286

9.2 描述函数法289

9.3 相轨迹法302

9.4 李雅普诺夫稳定性方法319

9.5 借助MATLAB分析系统非线性320

例题及习题322

10 计算机控制系统328

10.1 计算机控制系统概述328

10.2 线性离散系统的数学模型334

10.3 线性离散系统的性能分析359

10.4 计算机控制系统的模拟化设计方法367

10.5 MATLAB在计算机控制系统中的应用372

例题及习题377

11 基于LabVIEW的控制系统动态仿真演示软件384

11.1 LabVIEW介绍384

11.2 借助LabVIEW建立和分析控制系统387

11.3 借助LabVIEW分析控制系统的时域特性398

11.4 借助LabVIEW分析控制系统的频率特性402

11.5 借助LabVIEW分析控制系统的稳定性412

11.6 借助LabVIEW分析控制系统的稳态误差413

11.7 LabVIEW在系统综合校正中的应用415

11.8 借助LabVIEW进行系统根轨迹分析417

附录A 拉普拉斯变换表419

附录B 高阶最优模型最佳频比的证明423

习题参考答案426

参考文献438