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第1章 绪论 1

1.1 自动控制系统的基本概念 1

1.1.1 技术术语 1

1.1.2 反馈控制原理 2

1.2 开环控制与闭环控制 3

1.2.1 开环控制 3

1.2.2 闭环控制 3

1.3 自动控制系统的分类 4

1.3.1 线性连续控制系统 4

1.3.2 线性定常离散系统 5

1.3.3 非线性控制系统 5

1.3.4 SISO系统和MIMO系统 5

1.3.5 集中参数系统和分布参数系统 6

1.4 对自动控制系统的性能要求 6

1.4.1 稳定性 6

1.4.2 快速性 6

1.4.3 准确性 7

1.5 自动控制系统示例 7

1.6 自动控制简史 9

本章小结 10

习题 10

第2章 自动控制系统的数学模型 12

2.1 系统动态微分方程模型 12

2.2 非线性数学模型的线性化 16

2.3 传递函数 18

2.3.1 传递函数的定义和性质 18

2.3.2 典型环节的传递函数 19

2.4 系统结构图及其等效变换 22

2.4.1 系统结构图 23

2.4.2 结构图的等效变换和简化 24

2.4.3 系统传递函数 29

2.5 信号流图与梅逊公式 31

2.5.1 信号流图 31

2.5.2 梅逊公式 32

本章小结 34

习题 35

第3章 时域分析法 39

3.1 典型输入信号和时域性能指标 39

3.1.1 典型输入信号 39

3.1.2 控制系统的性能指标 42

3.2 一阶系统的时域分析 43

3.2.1 一阶系统的数学模型 43

3.2.2 一阶系统的时域响应及性能分析 44

3.3 二阶系统的时域分析 46

3.3.1 二阶系统的数学模型 46

3.3.2 二阶系统的单位阶跃响应 46

3.3.3 二阶系统的性能指标 49

3.3.4 二阶系统性能的改善措施 51

3.4 高阶系统的时域分析 53

3.5 系统的稳定性分析 56

3.5.1 系统稳定的概念 56

3.5.2 系统稳定的充分必要条件 56

3.5.3 劳斯稳定判据 57

3.5.4 劳斯判据的应用 59

3.6 系统的稳态特性分析 61

3.6.1 系统误差与稳态误差 61

3.6.2 参考输入作用下的稳态误差的计算 62

3.6.3 扰动输入作用下的稳态误差计算 65

3.6.4 减小或消除稳态误差的措施 66

3.7 MATLAB在时域分析中的应用 67

本章小结 71

习题 72

第4章 根轨迹法 75

4.1 根轨迹的基本概念 75

4.1.1 根轨迹的定义 75

4.1.2 根轨迹方程 77

4.2 绘制根轨迹的规则和方法 79

4.3 控制系统性能的根轨迹分析方法 87

4.3.1 开环零极点变化时的根轨迹 87

4.3.2 增加开环零点的影响 88

4.3.3 闭环零极点分布与阶跃响应的定性关系 88

4.3.4 主导极点与偶极子 90

4.3.5 利用主导极点估算系统的性能指标 90

4.3.6 系统阶跃响应的根轨迹分析 91

4.4 MATLAB在控制系统根轨迹分析中的应用 92

本章小结 97

习题 98

第5章 频率分析法 99

5.1 频率特性的基本概念 99

5.2 频率特性的表示法 102

5.2.1 频率特性的几种图示法 102

5.2.2 典型环节的频率特性 104

5.3 系统开环频率特性 115

5.3.1 系统开环幅相频率特性 115

5.3.2 系统开环对数频率特性 120

5.3.3 最小相位系统、非最小相位系统 123

5.3.4 传递函数的频域实验确定 124

5.4 频域中的稳定性判据 127

5.4.1 辐角定理 127

5.4.2 奈氏稳定性判据 128

5.4.3 对数频率稳定判据 131

5.4.4 奈氏判据应用举例 132

5.4.5 系统的稳定裕量 136

5.5 开环频率特性分析 137

5.5.1 基于伯德图的系统稳态性能分析 137

5.5.2 频率特性的两个基本关系 139

5.5.3 低频段和高频段特性斜率的影响 141

5.5.4 ωc（或开环放大系数K）对相位裕量的影响 142

5.5.5 开环频率特性与时域性能指标的关系 145

5.6 闭环系统频率特性 147

5.6.1 闭环频率特性与开环频率特性的关系 147

5.6.2 闭环系统频率特性及其与暂态特性指标的关系 148

5.6.3 闭环系统等M圆、θ圆及尼氏图 150

5.6.4 非单位反馈系统的闭环频率特性 153

5.7 MATLAB在控制系统频域分析中的应用 154

5.7.1 用MATLAB作频率特性图 154

5.7.2 稳定性分析 154

5.7.3 相对稳定性分析 154

本章小结 160

习题 160

第6章 控制系统的综合与校正 164

6.1 系统校正基础 164

6.1.1 校正的基本概念 164

6.1.2 性能指标 165

6.1.3 校正方式 165

6.2 串联校正 166

6.2.1 相位超前校正 166

6.2.2 相位滞后校正 170

6.2.3 相位滞后—超前校正 173

6.3 PID校正 176

6.4 局部反馈校正 178

6.4.1 局部反馈校正的基本原理 178

6.4.2 速度反馈校正 179

6.5 复合校正 180

6.5.1 按输入补偿的复合校正 181

6.5.2 按扰动补偿的复合校正 181

6.6 MATLAB在控制系统综合与校正中的应用 182

6.6.1 使用MATLAB进行超前校正 183

6.6.2 使用MATLAB进行滞后校正 184

6.6.3 使用MATLAB进行滞后—超前校正 185

本章小结 188

习题 189

第7章 非线性系统分析 191

7.1 非线性控制系统概述 191

7.1.1 非线性控制系统的概念 191

7.1.2 控制系统的典型非线性特性 192

7.1.3 非线性控制系统的特性 196

7.1.4 非线性控制系统的分析方法 196

7.2 描述函数法 196

7.2.1 描述函数法的基本概念 197

7.2.2 典型非线性的描述函数 198

7.3 用描述函数法分析非线性控制系统 205

7.3.1 非线性系统的稳定性分析 206

7.3.2 自激振荡的分析与计算 206

7.4 相平面分析法 210

7.4.1 相平面和相轨迹的基本概念 210

7.4.2 相轨迹的绘制方法 211

7.4.3 相平面图的性质 213

7.4.4 奇点和奇线 213

7.4.5 非线性系统的相平面分析 217

7.5 MATLAB在非线性系统分析中的应用 223

本章小结 227

习题 227

第8章 离散控制系统分析 231

8.1 离散控制系统概述 231

8.1.1 离散控制系统的基本概念 231

8.1.2 离散控制系统的分析方法 233

8.2 信号的采样与复现 233

8.2.1 采样过程 233

8.2.2 采样定理（Shannon定理） 234

8.2.3 信号的复现及零阶保持器 235

8.3 Z变换 237

8.3.1 Z变换 237

8.3.2 Z反变换 238

8.3.3 用Z变换解差分方程 239

8.4 离散控制系统的数学模型 240

8.4.1 离散控制系统的数学模型基本概念 240

8.4.2 开环系统的脉冲传递函数 241

8.4.3 闭环系统的脉冲传递函数 242

8.5 离散系统分析 244

8.5.1 离散系统的暂态响应分析 244

8.5.2 离散系统的稳定性分析 247

8.5.3 离散系统的稳态误差 249

8.6 MATLAB在离散系统分析中的应用 252

8.6.1 连续系统的离散化 252

8.6.2 求离散系统的响应 253

8.6.3 MATLAB在离散系统的时域分析中的应用 256

8.6.4 MATLAB在离散系统的频域分析中的应用 257

本章小结 259

习题 260

附录A 常用函数的拉普拉斯变换对照表 262

附录B 拉普拉斯变换基本定理 264

附录C 常用函数的Z变换对照表 265

参考文献 267

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