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第1章 绪论1

1.1自动控制的基本概念1

1.1.1人工控制与自动控制1

1.1.2控制系统框图2

1.1.3开环控制与闭环控制3

1.1.4自动控制系统的应用实例3

1.2自动控制系统的组成6

1.2.1基本组成部分6

1.2.2常用的名词术语7

1.3自动控制系统的分类7

1.4自动控制理论概要8

1.4.1自动控制理论的发展8

1.4.2对自动控制系统的基本要求9

1.4.3本书内容10

1.5小结11

1.6习题11

第2章 自动控制系统的数学模型14

2.1控制系统数学模型的概念14

2.1.1建立数学模型的方法14

2.1.2数学模型的类型14

2.2控制系统的微分方程15

2.2.1线性系统微分方程的建立15

2.2.2微分方程的增量化表示18

2.2.3线性系统的重要特征19

2.2.4非线性微分方程的线性化20

2.3控制系统的传递函数21

2.3.1传递函数的概念21

2.3.2关于传递函数的几点说明23

2.3.3典型环节及其传递函数25

2.4控制系统的结构图28

2.4.1结构图的概念29

2.4.2结构图的组成和建立29

2.4.3结构图的等效变换和简化30

2.4.4典型闭环控制系统的结构图及其传递函数36

2.5信号流图38

2.5.1信号流图的概念38

2.5.2梅逊公式40

2.6小结41

2.7习题42

第3章 自动控制系统的时域分析法45

3.1时域分析法基础45

3.1.1典型输入信号45

3.1.2瞬态响应和稳态响应46

3.1.3阶跃响应性能指标46

3.2一阶系统的动态性能47

3.3二阶系统的动态性能49

3.3.1典型二阶系统的动态性能49

3.3.2具有零点的二阶系统分析57

3.4高阶系统的时域分析60

3.5系统稳定性分析60

3.5.1线性系统稳定的概念和稳定的充要条件61

3.5.2劳斯（Routh）稳定判据63

3.6稳态误差分析68

3.6.1稳态误差的定义69

3.6.2控制系统的型别70

3.6.3给定输入作用下系统的稳态误差70

3.6.4扰动输入作用下系统的稳态误差74

3.6.5降低稳态误差的方法75

3.7PID基本控制规律的分析78

3.8利用MATLAB进行时域分析80

3.8.1传递函数模型的MATLAB表示80

3.8.2用MATLAB求控制系统的单位阶跃响应82

3.8.3利用MATLAB辅助分析控制系统的稳定性83

3.9小结83

3.10习题84

第4章 根轨迹分析法89

4.1根轨迹的基本概念89

4.1.1根轨迹的概念89

4.1.2幅值条件和相角条件91

4.2绘制根轨迹的基本法则93

4.3参量根轨迹和根轨迹簇106

4.3.1参量根轨迹106

4.3.2根轨迹簇108

4.4零度根轨迹110

4.5延迟系统的根轨迹112

4.5.1延迟系统根轨迹方程的幅值条件和相角条件112

4.5.2绘制延迟系统的根轨迹113

4.5.3根轨迹上Kg值的确定114

4.6根轨迹法分析系统的性能116

4.7增加开环零极点对根轨迹的影响121

4.7.1增加开环零点对根轨迹的影响121

4.7.2增加开环极点对根轨迹的影响121

4.7.3增加开环偶极子对根轨迹的影响121

4.8利用MATLAB绘制根轨迹图124

4.9小结125

4.10习题125

第5章 频率特性分析法129

5.1频率特性的基本概念129

5.1.1频率特性的定义129

5.1.2频率特性和传递函数的关系131

5.2频率特性的图示方法131

5.2.1幅相频率特性曲线132

5.2.2对数频率特性曲线132

5.2.3对数幅相特性曲线133

5.3典型环节的频率特性133

5.4系统的开环频率特性141

5.4.1系统开环幅相频率特性的绘制141

5.4.2系统开环对数频率特性的绘制144

5.4.3最小相位系统与非最小相位系统146

5.5奈奎斯特稳定判据147

5.5.1幅角定理147

5.5.2奈奎斯特判据149

5.5.3奈奎斯特判据在Ⅰ型和Ⅱ型系统中的应用150

5.5.4在伯德图上判别闭环系统的稳定性155

5.5.5多回路系统的稳定性分析156

5.6相对稳定性157

5.7系统闭环频率特性曲线的绘制161

5.7.1用向量法求闭环频率特性161

5.7.2等M圆图和等N圆图162

5.7.3利用闭环幅频特性分析和估算系统的性能164

5.8利用开环频率特性分析系统的性能167

5.9利用MATLAB绘制频率特性曲线图169

5.9.1利用MATLAB绘制奈奎斯特图169

5.9.2利用MATLAB绘制伯德图170

5.9.3利用MATLAB分析相对稳定性171

5.10小结171

5.11习题172

第6章 自动控制系统的校正176

6.1控制系统校正的基本概念176

6.1.1校正方式176

6.1.2性能指标177

6.1.3设计方法178

6.2校正装置及其特性178

6.3串联校正的设计186

6.3.1串联校正的频率法设计186

6.3.2串联校正的根轨迹法设计193

6.3.3串联校正的期望对数频率特性设计法200

6.4反馈校正的设计203

6.5复合控制校正206

6.6小结207

6.7习题208

第7章 线性离散控制系统的分析211

7.1线性离散控制系统的概念211

7.2采样过程和采样定理212

7.2.1采样过程212

7.2.2采样定理213

7.2.3信号复现与零阶保持器215

7.3z变换216

7.3.1 z变换的定义217

7.3.2z变换的求法217

7.3.3z变换的基本定理220

7.3.4 z反变换223

7.4离散控制系统的数学模型225

7.4.1差分方程225

7.4.2脉冲传递函数227

7.5离散控制系统的稳定性分析232

7.5.1s平面与z平面的映射关系232

7.5.2离散控制系统稳定的充要条件233

7.5.3离散控制系统的劳斯稳定判据234

7.6离散控制系统的稳态误差分析236

7.7离散控制系统的动态性能分析239

7.7.1离散控制系统闭环极点分布和暂态响应的关系240

7.7.2离散控制系统动态性能的估算243

7.8离散控制系统的校正245

7.8.1离散控制系统校正的特点245

7.8.2校正装置的具体设计方法245

7.8.3最少拍系统设计247

7.9小结253

7.10习题253

第8章 非线性控制系统的分析256

8.1非线性控制系统概述256

8.1.1非线性现象的普遍性256

8.1.2控制系统中的典型非线性特性256

8.1.3非线性控制系统的特殊性258

8.1.4非线性控制系统的分析方法259

8.2相平面法259

8.2.1相平面的基本概念260

8.2.2构造相平面图262

8.2.3由相平面图确定时间265

8.2.4线性系统的相平面分析266

8.2.5非线性系统的相平面分析267

8.3描述函数法269

8.3.1描述函数的基本概念269

8.3.2典型非线性特性的描述函数274

8.3.3用描述函数法分析非线性系统的稳定性277

8.4小结281

8.5习题282

附录 常用函数z变换表284

参考文献286