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绪论1

第1章　自动控制的一般概念6

1.1 自动控制与自动控制原理6

1.2 自动控制系统的基本结构10

1.2.1　开环控制系统（前馈控制系统）10

1.2.2　闭环控制系统（反馈控制系统）12

1.2.3　闭环控制系统和开环控制系统的比较14

1.3 自动控制系统的类型15

1.4　对控制系统的性能要求16

本章小结16

习题117

第2章　控制系统的数学模型18

2.1　数学模型的定义与建立方法18

2.2　简单系统的微分方程18

2.2.1　比例环节19

2.2.2　一阶惯性环节（一阶滞后环节）19

2.2.3　微分环节21

2.2.4　积分环节23

2.2.5　振荡环节（二阶滞后环节）23

2.2.6　纯滞后环节（纯延迟环节）25

2.2.7　线性定常微分方程的求解25

2.3　传递函数26

2.3.1　传递函数的概念及定义27

2.3.2　典型环节的传递函数28

2.3.3　利用复阻抗概念求电气环节的传递函数30

2.4　结构图31

2.4.1　结构图的概念31

2.4.2　结构图的组成31

2.4.3　系统结构图的绘制方法32

2.4.4　结构图连接的基本形式34

2.4.5　结构图的等效变换和简化35

2.4.6　结构图等效变换举例37

2.4.7　用梅逊公式求传递函数41

2.5　发电机励磁控制系统42

2.5.1　励磁控制系统的构成及工作原理42

2.5.2　发电机的传递函数42

2.5.3　功率励磁装置的传递函数44

2.5.4　励磁控制系统的传递函数方框图44

2.6　利用MATLAB应用程序处理系统数学模型45

2.6.1　模型建立45

2.6.2　模型简化47

本章小结47

习题247

第3章　时域分析法52

3.1　典型控制过程及时域性能指标52

3.1.1　典型的初始状态53

3.1.2　典型外作用53

3.1.3　典型时间响应55

3.1.4　单位阶跃响应的性能指标57

3.2　一阶系统分析58

3.2.1　一阶系统的数学模型58

3.2.2　一阶系统的单位阶跃响应59

3.2.3　一阶系统的单位斜坡响应61

3.2.4　一阶系统的单位脉冲响应62

3.2.5　三种响应之间的关系63

3.3　二阶系统分析64

3.3.1　二阶系统的数学模型65

3.3.2　二阶系统的单位阶跃响应66

3.4　高阶系统分析73

3.5　稳定性与劳斯稳定判据75

3.5.1　稳定性的基本概念75

3.5.2　系统稳定的充要条件75

3.5.3　判定系统稳定性的基本方法76

3.5.4　劳斯判据76

3.6　稳态误差分析及误差系数82

3.6.1　稳态误差的计算82

3.6.2　参考输入信号r（t）作用下的稳态误差与系统结构的关系86

3.6.3　系统的型别和静态误差系数87

3.6.4　改善系统稳态精度的方法91

3.7　利用MATLAB应用程序分析系统动态性能92

本章小结96

习题397

第4章　根轨迹法100

4.1　根轨迹的概念与根轨迹方程100

4.1.1　根轨迹的概念100

4.1.2　根轨迹方程102

4.2　绘制根轨迹的基本规则及步骤103

4.2.1　绘制根轨迹的基本规则103

4.2.2　绘制根轨迹的步骤109

4.3　广义根轨迹112

4.3.1　参数根轨迹112

4.3.2　多回路的根轨迹113

4.3.3　正反馈回路的根轨迹114

4.3.4　迟后系统的根轨迹116

4.4　根轨迹法的应用（分析系统的性能）118

4.4.1　主导极点的概念118

4.4.2　增加开环零点对根轨迹的影响118

4.4.3　根轨迹增益的确定及系统性能的分析119

4.5　应用MATLAB绘制系统的根轨迹121

本章小结122

习题4123

第5章　频率分析法126

5.1　频率特性126

5.1.1　频率特性的概念126

5.1.2　频域性能指标128

5.1.3　频率法的特点128

5.2　典型环节的频率特性129

5.2.1　频率特性的工程表示方法129

5.2.2　典型环节的频率特性曲线132

5.3　系统开环对数频率特性曲线143

5.3.1　绘制系统开环对数频率特性曲线的步骤144

5.3.2　由系统开环传递函数直接绘制系统的对数幅频特性曲线145

5.4　频域稳定判据与稳定性分析147

5.4.1　系统开环频率特性与闭环特征多项式之间的关系148

5.4.2　奈奎斯特判据149

5.4.3　虚轴上有开环极点时奈氏判据的应用151

5.4.4　对数频率稳定判据152

5.4.5　稳定裕度154

5.5　频率分析法的应用158

5.5.1　用对数频率特性曲线分析系统稳态性能158

5.5.2　用对数频率特性曲线分析系统的动态性能162

5.6　MATLAB在频率分析法中的应用169

本章小结171

习题5172

第6章　控制系统的综合校正175

6.1　控制系统校正的基础知识175

6.1.1　校正问题的提出175

6.1.2　控制系统的性能指标176

6.1.3　校正的方式176

6.1.4　校正的本质177

6.1.5　校正装置的设计方法178

6.2　串联校正的基本控制规律178

6.2.1 比例（P）控制的作用179

6.2.2　比例-微分（PD）控制的作用179

6.2.3　积分（I）控制的作用182

6.2.4　比例-积分（PI）控制的作用183

6.2.5　比例-积分-微分控制的作用184

6.3　串联校正装置及其特性185

6.3.1　超前校正185

6.3.2　滞后校正189

6.3.3　滞后超前校正191

6.4　串联校正的设计应用192

6.4.1　系统参考模型的选择193

6.4.2　希望的对数幅频特性曲线的绘制方法197

6.4.3　二阶最佳模型在设计校正装置中的应用199

6.4.4　应用对数幅频特性设计校正装置的说明200

6.5　反馈校正201

6.5.1　反馈校正的基本控制功能202

6.5.2　负反馈校正对不利因素的抑制及取代作用204

6.6　复合校正207

6.6.1 反馈控制与前置校正的复合控制207

6.6.2　反馈控制与干扰补偿校正的复合控制211

6.7　控制系统中的非线性效应212

6.7.1　控制系统中的非线性现象213

6.7.2　非线性系统运动过程的特点213

6.7.3　典型非线性特性及其对系统性能的影响214

6.8　控制系统设计举例——单回路直流调速系统的设计219

6.8.1　控制系统的设计步骤219

6.8.2　单回路直流调速系统的组成及工作原理219

6.8.3　调速系统的性能指标要求222

6.8.4　系统数学模型的建立223

6.8.5　系统静态参数的确定226

6.8.6　系统校正网络参数的确定228

6.8.7　系统校正网络的工程实现233

6.9　MATLAB在控制系统校正中的应用234

本章小结237

习题6237

第7章　采样控制系统240

7.1　采样控制系统的基本概念240

7.1.1　采样脉冲控制系统240

7.1.2　采样数字控制系统242

7.1.3　采样过程与采样定理242

7.1.4　采样信号的复现244

7.2　采样控制系统的数学基础246

7.2.1　z变换246

7.2.2　差分方程253

7.2.3　脉冲传递函数257

7.3　采样控制系统的时域分析261

7.3.1　采样控制系统的稳定性分析261

7.3.2　采样控制系统的动态性能分析263

7.3.3　采样控制系统的稳态误差267

本章小结269

习题7269

附录A　MATLAB应用程序简介273

附录B　常用函数的拉氏变换表286

附录C　时间函数的拉氏变换和z变换表288

参考文献291