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第1章 绪论1

1.1 自动控制理论的发展及其在国民经济中的作用1

1.2 自动控制系统的基本概念1

1.2.1 手动控制与自动控制1

1.2.2 自动控制系统的组成3

1.2.3 自动控制系统中信号的定义4

1.3 开环控制和闭环控制4

1.3.1 开环控制4

1.3.2 闭环控制5

1.4 自动控制系统的分类5

1.5 自动控制系统的性能评价7

1.6 典型输入信号7

1.7 自动控制系统实例9

1.8 本课程的内容梗概11

1.9 小结12

习题13

第2章 控制系统的数学模型14

2.1 线性系统微分方程的建立14

2.2 非线性系统的小信号线性化模型18

2.2.1 光滑非线性函数的线性化处理方法19

2.2.2 非线性微分方程的线性化处理方法20

2.2.3 反馈控制系统线性化微分方程的建立23

2.3 传递函数24

2.3.1 传递函数的表示形式25

2.3.2 传递函数与单位冲激响应26

2.3.3 传递函数的性质27

2.3.4 典型环节及其传递函数27

2.4 系统结构图30

2.4.1 系统结构图的构建31

2.4.2 结构图的变换和化简34

2.5 MATLAB中传递函数的表示与计算40

2.5.1 传递函数的多项式表示40

2.5.2 传递函数的零、极点表示41

2.5.3 连续系统的模型转换42

2.5.4 结构图化简43

2.6 小结44

习题44

第3章 控制系统的时域分析46

3.1 线性定常系统的时域响应46

3.1.1 传递函数的零、极点与系统时域响应的关系46

3.1.2 线性常系数微分方程的解48

3.1.3 零、极点对消问题50

3.2 控制系统的时域性能指标53

3.2.1 稳态性能指标53

3.2.2 动态性能指标54

3.3 控制系统的稳定性分析55

3.3.1 稳定性的概念55

3.3.2 线性定常系统稳定的充分必要条件56

3.3.3 劳斯判据56

3.3.4 用劳斯判据确定系统参数60

3.3.5 相对稳定性和稳定裕量61

3.4 控制系统的稳态误差分析62

3.4.1 稳态误差的计算62

3.4.2 相对稳态误差68

3.4.3 静态误差系数70

3.4.4 动态误差系数73

3.4.5 系统参数变化引起的稳态误差78

3.4.6 改善系统稳态精度的途径79

3.5 控制系统的动态品质分析79

3.5.1 典型一阶系统的时域分析79

3.5.2 典型二阶系统的时域分析80

3.5.3 高阶系统的时域分析88

3.6 用MATLAB进行系统时域分析94

3.6.1 绘制时域响应曲线94

3.6.2 求传递函数的零、极点97

3.6.3 用LTI Viewer获得时域响应曲线98

3.6.4 用Simulink进行时域响应分析99

3.7 小结100

习题100

第4章 控制系统的根轨迹104

4.1 根轨迹的基本概念104

4.1.1 什么是根轨迹104

4.1.2 根轨迹满足的基本条件105

4.2 根轨迹的基本规律106

4.2.1 根轨迹的基本规律107

4.2.2 根轨迹绘图示例109

4.3 特殊根轨迹113

4.3.1 以时间常数为参量的根轨迹113

4.3.2 零度根轨迹117

4.4 根轨迹与系统稳定性118

4.4.1 增加开环零、极点对系统稳定性的影响118

4.4.2 开环零、极点抵消对系统稳定性的影响122

4.5 根轨迹与系统的动态特性127

4.5.1 等阻尼线和等角频率线127

4.5.2 利用根轨迹估计系统的动态特性128

4.6 用MATLAB绘制根轨迹图132

4.7 小结134

习题134

第5章 控制系统的频域分析136

5.1 频率特性137

5.1.1 频率特性的定义137

5.1.2 频率特性与传递函数的关系139

5.1.3 频率特性曲线的三种表示形式141

5.2 典型环节的频率特性143

5.2.1 传递函数的典型环节分解143

5.2.2 典型环节的频率特性143

5.3 系统的开环对数频率特性153

5.3.1 系统开环对数频率特性的求取153

5.3.2 开环对数幅频渐近特性155

5.3.3 最小相位传递函数和最小相位系统159

5.3.4 传递函数的频域实验室测定162

5.3.5 利用对数幅频渐近特性的线性关系计算参数168

5.4 系统的开环极坐标图169

5.4.1 系统开环极坐标概略图的绘制169

5.4.2 最小相位系统频率特性极坐标图的一般规律172

5.4.3 -∞＜ω＜0的极坐标图173

5.4.4 延迟系统的极坐标图174

5.4.5 开环极坐标图与开环Bode图的关系175

5.5 奈奎斯特稳定判据175

5.5.1 映射定理175

5.5.2 Nyquist稳定判据176

5.5.3 虚轴上开环极点的影响180

5.5.4 用广义开环极坐标图判断系统的稳定性184

5.5.5 广义开环极坐标图环绕（-1,j0）点次数的计算189

5.5.6 抵消不稳定开环极点对Nyquist判据的影响193

5.5.7 Bode图上的Nyquist判据193

5.6 控制系统的相对稳定性195

5.6.1 幅值裕量195

5.6.2 相角裕量196

5.6.3 对数幅相图上的相对稳定性表示203

5.7 控制系统的闭环频率特性204

5.7.1 等M圆204

5.7.2 等N圆205

5.7.3 单位反馈系统闭环频率特性的求取206

5.7.4 尼科尔斯图线207

5.8 典型二阶系统的频域动态分析209

5.8.1 典型二阶系统的开环频域性能指标209

5.8.2 典型二阶系统的闭环频域性能指标212

5.9 高阶系统的频域分析215

5.9.1 高阶最小相位系统的开环频域指标与系统时域响应的关系215

5.9.2 高阶系统对数幅频渐近特性中频段的形状与系统的相角裕量219

5.10 MATLAB频域特性分析222

5.11 小结226

习题227

第6章 控制系统的校正230

6.1 概述230

6.2 PID控制规律232

6.2.1 PID控制作用232

6.2.2 用最佳二阶系统法进行PID校正242

6.3 串联校正装置及其特性242

6.3.1 相位角与向量角243

6.3.2 超前校正装置243

6.3.3 滞后校正装置245

6.3.4 滞后—超前校正装置247

6.4 采用根轨迹法进行串联校正249

6.4.1 串联超前校正249

6.4.2 串联滞后校正259

6.4.3 串联滞后—超前校正262

6.5 采用频率法进行串联校正269

6.5.1 用频率法进行串联超前校正270

6.5.2 用频率法进行串联滞后校正277

6.5.3 用频率法进行串联滞后—超前校正280

6.5.4 按期望特性进行串联校正288

6.6 反馈校正及多闭环控制系统290

6.6.1 局部反馈的作用290

6.6.2 多闭环控制系统及设计方法293

6.7 复合校正303

6.7.1 反馈控制加前馈校正的复合控制303

6.7.2 反馈控制加干扰补偿校正的复合控制307

6.8 系统对扰动输入的响应及恒值调节系统设计308

6.9 小结315

习题316

附录 典型图例的MATLAB源程序318

参考文献328