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第一章 绪论1

1.1 自动控制和自动控制系统1

1.2 自动控制系统的工作原理1

1.2.1 开环控制系统1

1.2.2 闭环控制系统2

1.2.3 复合控制系统4

1.3 闭环控制系统的基本组成4

1.4 对控制系统的基本要求5

1.5 自动控制系统的分类6

1.6 控制系统举例8

习题12

第二章 控制系统的数学模型16

2.1 微分方程的建立及线性化16

2.1.1 建立系统的微分方程的一般方法16

2.1.2 非线性微分方程线性化17

2.2 传递函数19

2.2.1 传递函数的定义和主要性质19

2.2.2 典型元件的传递函数21

2.3 控制系统结构图30

2.3.1 控制系统结构图的组成30

2.3.2 绘制系统结构图的一般步骤30

2.3.3 系统结构图的等效变换和简化32

2.3.4 用梅逊公式求系统的传递函数34

2.3.5 闭环控制系统的传递函数36

2.4 自动控制系统举例37

2.4.1 位置伺服系统37

2.4.2 液位控制系统39

2.4.3 具有电流正反馈的速度调节系统40

2.4.4 车立倒立摆系统41

2.4.5 具有位置反馈的液压伺服系统44

习题45

3.1.1 典型输入信号49

3.1 典型输入信号及线性系统的时域性能指标49

第三章 控制系统的时域分析49

3.1.2 线性系统的时域性能指标50

3.2 一阶系统的时域分析51

3.2.1 一阶系统的数学模型51

3.2.2 一阶系统的单位阶跃响应52

3.2.3 一阶系统的冲激响应53

3.2.4 一阶系统的单位速度响应54

3.2.5 一阶系统的单位加速度响应54

3.3 二阶系统的时域分析55

3.3.1 二阶系统的数学模型55

3.3.2 二阶系统的单位阶跃响应56

3.3.3 二阶系统阶跃响应的性能指标59

3.3.4 二阶系统性能的改善61

3.4 高阶系统的时域分析63

3.4.1 高阶系统的阶跃响应63

3.4.2 高阶系统的主导极点分析法和偶极子65

3.5 线性控制系统的稳定性66

3.5.1 稳定性的概念66

3.5.2 线性系统稳定的充要条件67

3.5.3 代数稳定性判据68

3.6 控制系统的稳态误差76

3.6.1 控制信号作用下的误差定义76

3.6.2 给定输入的稳态误差77

3.6.3 具有前馈通道复合控制系统的无静差度79

3.6.4 扰动作用下的稳态误差80

3.6.5 动态误差系数83

习题86

第四章 根轨迹法90

4.1 根轨迹与根轨迹方程90

4.2 绘制根轨迹的规则93

4.3 零度根轨迹及其基本法则106

4.4 参变量根轨迹及多回路根轨迹110

4.4.1 一个可变参量根轨道的绘制111

4.4.2 两个可变参量根轨迹的绘制112

4.4.3 多回路根轨迹114

4.5 增加开环零、极点对根轨迹的影响116

4.5.1 增加开环零点对根轨迹的影响116

4.5.2 增加开环极点对根轨迹的影响119

4.5.3 增加开环偶极子对根轨迹的影响119

4.6 用根轨迹分析控制系统121

习题127

第五章 频率响应法131

5.1 频率特性131

5.2 典型环节的频率特性133

5.3 典型环节的对数频率特性141

5.4 对数幅相图145

5.5 系统开环频率特性的绘制146

5.5.1 系统开环幅相特性的绘制146

5.5.2 系统开环对数频率特性的绘制151

5.5.3 由频率特性曲线求系统传递函数154

5.6 基于频率特性的稳定性判据156

5.6.1 基于幅相特性的稳定性判据——奈奎斯特稳定性判据156

5.6.2 在对数坐标图上应用奈奎斯特稳定性判据161

5.6.3 在对数幅相图上应用奈奎斯特稳定性判据164

5.7 稳定裕度166

5.8 闭环频率特性与时域性能指标171

5.8.1 闭环频率特性主要性能指标171

5.8.2 一阶系统和二阶系统频域指标与时域指标172

5.8.3 高阶系统频域指标与时域指标174

5.9 闭环频率特性的绘制175

5.9.1 等M圆图和等N圆图176

5.9.2 尼柯尔斯图178

5.9.3 非单位反馈系统的闭环频率响应178

5.10 开环对数频率特性与时域指标180

5.10.1 开环对数幅频特性“三频段”概念180

5.10.2 二阶系统最佳参考模型181

5.10.3 期望开环对数幅频特性的确定182

习题184

6.1 引言192

第六章 控制系统补偿与综合192

6.2 频率响应法串联补偿193

6.2.1 串联超前补偿193

6.2.2 串联滞后补偿199

6.2.3 串联滞后—超前补偿201

6.2.4 按二阶最佳参考模型设计204

6.2.5 按期望开环对数频率特性设计串联补偿装置204

6.3 根轨迹法串联补偿206

6.3.1 串联超前补偿207

6.3.2 串联滞后补偿209

6.3.3 串联滞后—超前补偿212

6.4.2 常用的反馈补偿形式214

6.4 反馈补偿214

6.4.1 反馈补偿的功能214

6.4.3 反馈补偿举例218

6.4.4 基于根轨迹法确定反馈补偿参数220

6.5 复合补偿221

6.5.1 附加输入前馈补偿的复合控制系统221

6.5.2 附加干扰补偿的复合控制系统223

6.6 采用零、极点相消法实现补偿与综合225

6.7 PID控制器的设计227

6.7.1 PID控制器的基本结构227

6.7.3 比例积分控制器（PI）228

6.7.2 比例微分控制器（PD）228

6.7.4 PID控制参数的整定229

6.8 控制系统设计举例230

6.8.1 导弹滚动回路姿态角稳定控制系统230

6.8.2 天线方位角伺服系统235

习题237

第七章 非线性系统分析242

7.1 非线性系统概述242

7.1.1 典型的非线性特性242

7.1.2 非线性系统的特点244

7.1.3 非线性系统的分析方法245

7.2.1 基本概念246

7.2 描述函数法246

7.2.2 典型非线性特性的描述函数248

7.2.3 组合非线性特性的描述函数252

7.2.4 用描述函数法分析稳定性256

7.2.5 典型非线性系统的描述函数分析258

7.3 相平面分析法262

7.3.1 相轨迹的概念和性质262

7.3.2 奇点263

7.3.3 极限环267

7.3.4 相轨迹的绘制268

7.3.6 线性二阶系统的相平面分析272

7.3.5 由相平面图求时间解272

7.3.7 非线性系统的相平面分析275

7.3.8 利用非线性特性改善系统的控制性能283

习题284

第八章 采样控制系统分析290

8.1 引言290

8.2 信号的采样与复现291

8.2.1 连续信号的采样和星号拉氏变换291

8.2.2 信号的复现与保持器297

8.2.3 过采样和不足采样299

8.3.1 Z变换定理及计算方法301

8.3 Z变换301

8.3.2 Z反变换310

8.4 差分方程313

8.4.1 差分方程定义313

8.4.2 差分方程求解315

8.5 线性离散系统的脉冲传递函数316

8.5.1 脉冲传递函数的定义316

8.5.2 脉冲传递函数的代数运算规则318

8.5.3 具有时间延迟系统的脉冲传递函数计算323

8.6 离散控制系统的时域分析325

8.6.1 动态特性分析325

8.6.2 线性定常离散系统的稳定性分析329

8.6.3 采样时刻的稳态误差分析333

8.7 线性定常离散时间控制系统的频率特性337

8.7.1 频率特性337

8.7.2 W变换和伯德图339

8.8 离散时间控制系统的数字校正342

8.8.1 离散与连续等效设计方法342

8.8.2 w平面设计方法344

8.8.3 根轨迹设计方法347

8.8.4 按最少拍原理设计伺服系统352

习题359

参考文献364