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第1章 绪论1

1.1 自动控制理论及其发展简述1

1.2 自动控制的基本概念2

1.2.1 自动控制的基本原理2

1.2.2 控制系统的基本组成4

1.2.3 控制系统的基本控制方式5

1.3 自动控制系统的分类7

1.3.1 线性系统和非线性系统7

1.3.2 连续系统和离散系统8

1.4 对自动控制系统的基本要求8

习题9

第2章 控制系统的数学模型11

2.1 控制系统的微分方程11

2.1.1 微分方程的建立11

2.1.2 物理系统的线性近似12

2.2 拉普拉斯变换14

2.2.1 拉普拉斯变换定义14

2.2.2 拉普拉斯变换的基本性质15

2.2.3 用拉普拉斯变换解线性微分方程16

2.3 控制系统的传递函数17

2.3.1 传递函数的基本概念17

2.3.2 典型环节及其传递函数21

2.3.3 传递函数的求取22

2.4 方框图及其等效变换23

2.4.1 方框图的组成23

2.4.2 方框图的建立24

2.4.3 方框图的等效变换和化简25

2.5 信号流图及梅森公式30

2.5.1 信号流图的符号及术语30

2.5.2 信号流图的绘制31

2.5.3 信号流图的等效变换规则32

2.5.4 梅森公式及其应用33

2.6 状态空间模型35

2.6.1 状态空间模型的基本概念35

2.6.2 状态空间模型的建立35

2.6.3 传递函数和状态空间模型间的关系37

习题39

第3章 时域分析法43

3.1 时域分析基础43

3.1.1 典型初始状态43

3.1.2 典型输入信号43

3.1.3 阶跃响应性能指标45

3.2 一阶系统时域分析47

3.2.1 一阶系统数学模型47

3.2.2 一阶系统的单位阶跃响应47

3.3 二阶系统时域分析50

3.3.1 二阶系统数学模型50

3.3.2 二阶系统单位阶跃响应51

3.3.3 二阶系统性能指标计算53

3.4 高阶系统的时域分析57

3.4.1 高阶系统的动态响应分析57

3.4.2 闭环主导极点58

3.5 控制系统的稳定性分析58

3.5.1 稳定性概念58

3.5.2 稳定的数学条件59

3.5.3 劳斯-赫尔维茨稳定判据60

3.5.4 劳斯稳定判据的应用65

3.6 控制系统的稳态误差计算67

3.6.1 误差与稳态误差68

3.6.2 稳态误差的计算69

3.6.3 典型信号作用下的稳态误差72

习题75

第4章 根轨迹法80

4.1 根轨迹法的基本概念80

4.1.1 根轨迹80

4.1.2 闭环零极点与开环零极点之间的关系82

4.1.3 根轨迹方程84

4.2 绘制根轨迹的基本法则85

4.3 广义根轨迹95

4.3.1 参数根轨迹95

4.3.2 正反馈系统的根轨迹97

4.3.3 非最小相位系统的根轨迹98

4.4 系统性能的分析98

4.4.1 闭环零极点与时间响应98

4.4.2 系统性能的定性分析100

习题101

第5章 频率响应法103

5.1 频率特性的基本概念103

5.1.1 正弦信号作用下的稳态响应103

5.1.2 频率特性的定义105

5.2 奈氏图107

5.2.1 奈氏图的定义107

5.2.2 典型环节的奈氏图107

5.2.3 开环奈氏图的绘制111

5.3 伯德图115

5.3.1 伯德图的定义115

5.3.2 典型环节的伯德图115

5.3.3 开环伯德图的绘制119

5.3.4 传递函数的频域实验确定123

5.4 频率域稳定判据126

5.4.1 奈氏判据的数学基础126

5.4.2 奈氏判据128

5.4.3 对数频率稳定判据132

5.5 稳定裕量134

5.6 闭环系统的频域性能指标137

5.6.1 闭环频率特性137

5.6.2 闭环频域性能指标137

5.6.3 闭环频域性能指标的计算138

5.6.4 频域指标与时域指标的关系139

习题141

第6章 控制系统的综合校正146

6.1 系统校正基础146

6.1.1 校正的基本概念146

6.1.2 性能指标147

6.1.3 校正方式148

6.1.4 校正设计的方法149

6.2 串联超前校正150

6.2.1 超前校正装置及其特性150

6.2.2 串联超前校正设计152

6.3 串联滞后校正156

6.3.1 滞后校正装置及其特性156

6.3.2 串联滞后校正设计158

6.4 串联滞后-超前校正161

6.4.1 滞后-超前校正装置及其特性161

6.4.2 串联滞后-超前校正设计164

习题167

第7章 控制理论在航空器中的应用170

7.1 飞行控制系统简介170

7.2 飞机的动力学建模172

7.2.1 坐标系172

7.2.2 作用在飞机上的力和力矩175

7.2.3 飞机的基本运动方程176

7.3 PID控制方法181

7.3.1 PID控制的基本概念181

7.3.2 PID控制器参数调整185

7.4 飞行控制系统的分析187

7.4.1 纵向短周期运动的传递函数187

7.4.2 飞机纵向姿态控制分析189

7.4.3 飞机横侧向姿态控制分析194

7.5 飞行控制系统的设计195

习题198

第8章 MATLAB在控制系统分析与设计中的应用200

8.1 MATLAB语言简介200

8.1.1 MATLAB的运行环境200

8.1.2 MATLAB帮助系统201

8.1.3 MATLAB语言基础201

8.1.4 MATLAB图形绘制204

8.2 MATLAB用于处理系统数学模型205

8.3 MATLAB用于时域分析211

8.4 MATLAB用于根轨迹分析218

8.5 MATLAB用于频域分析224

8.6 MATLAB用于系统校正和设计230

8.7 Simulink建模与仿真236

习题238

附录240

参考文献242