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第1章 绪论1

1.1 引言1

1.2 开环控制系统和闭环控制系统3

1.2.1 开环控制系统3

1.2.2 闭环控制系统4

1.3 闭环控制系统的组成5

1.4 自动控制系统的类型6

1.4.1 线性控制系统和非线性控制系统6

1.4.2 连续控制系统和离散控制系统7

1.4.3 恒值控制系统、随动控制系统和程序控制系统8

1.5 自动控制系统举例9

第2章 自动控制系统的数学模型18

2.1 系统微分方程的建立19

2.2 非线性微分方程的线性化22

2.3 传递函数23

2.3.1 传递函数的定义23

2.3.2 传递函数的性质24

2.3.3 典型环节及其传递函数25

2.4 动态结构图31

2.4.1 动态结构图的组成31

2.4.2 动态结构图的绘制31

2.4.3 动态结构图的等效变换35

2.4.4 闭环系统的传递函数40

2.4.5 动态结构图等效变换举例41

2.5 信号流图44

2.5.1 信号流图的组成44

2.5.2 信号流图的绘制45

2.5.3 梅森公式46

第3章 时域法55

3.1 典型输入函数和时域性能指标56

3.1.1 系统的稳定性56

3.1.2 自动控制系统的典型输入信号56

3.1.3 时域性能指标59

3.2 一阶系统的时域分析60

3.2.1 一阶系统的数学模型61

3.2.2 一阶系统的单位阶跃响应61

3.3 二阶系统的时域分析63

3.3.1 二阶系统的数学模型63

3.3.2 二阶系统的阶跃响应64

3.3.3 二阶欠阻尼系统的动态性能指标67

3.3.4 二阶系统特征参数与暂态性能指标之间的关系69

3.3.5 二阶系统工程最佳参数70

3.3.6 二阶系统计算举例71

3.4 高阶系统的时域分析74

3.5 控制系统的稳定性分析76

3.5.1 稳定性的基本概念76

3.5.2 稳定判据76

3.6 稳态误差82

3.6.1 稳态误差的定义82

3.6.2 自动控制系统的类型83

3.6.3 给定输入作用下稳态误差系数和稳态误差分析84

3.6.4 扰动输入作用下的稳态误差分析89

3.6.5 减小稳态误差的方法90

第4章 根轨迹法98

4.1 根轨迹的基本概念99

4.1.1 根轨迹的概念99

4.1.2 根轨迹方程101

4.2 绘制根轨迹的基本法则103

4.2.1 根轨迹的基本法则103

4.2.2 根轨迹的绘制与分析111

4.3 参数根轨迹的绘制117

4.4 零度根轨迹的绘制118

4.5 利用根轨迹分析系统性能122

第5章 频域法128

5.1 频率特性129

5.2 频率特性的表示方法130

5.2.1 幅相频率特性的表示方法130

5.2.2 对数幅相频率特性的表示方法131

5.3 典型环节的频率特性132

5.4 开环频率特性的绘制145

5.4.1 开环幅相频率特性的绘制145

5.4.2 开环对数幅相频率特性的绘制149

5.5 用频率法分析控制系统的稳定性156

5.5.1 奈奎斯特稳定判据156

5.5.2 系统的稳定裕度164

5.6 闭环系统频率特性165

5.6.1 闭环频率特性曲线的绘制165

5.6.2 闭环系统等M圆、等N圆及尼科尔斯图165

5.7 系统暂态特性和闭环频率特性的关系168

5.8 开环频率特性与系统阶跃响应的关系170

第6章 自动控制系统的校正177

6.1 引言177

6.1.1 控制系统的性能指标与校正的基本概念177

6.1.2 校正方式179

6.1.3 基本校正规律180

6.1.4 校正方法182

6.1.5 用频率法校正的特点182

6.2 校正装置183

6.2.1 超前校正装置184

6.2.2 滞后校正装置185

6.2.3 滞后—超前校正装置187

6.2.4 期望的对数频率特性190

6.3 串联校正191

6.3.1 串联超前校正191

6.3.2 串联滞后校正193

6.3.3 串联滞后—超前校正196

6.4 反馈校正199

6.4.1 反馈校正的原理199

6.4.2 反馈校正的作用199

6.4.3 反馈校正装置的设计202

6.5 复合校正205

6.5.1 反馈与按输入前馈的复合控制205

6.5.2 反馈与按扰动前馈的复合控制206

第7章 采样控制系统分析212

7.1 线性离散控制系统的基本概念212

7.1.1 采样控制系统212

7.1.2 数字控制系统213

7.2 采样过程与采样定理214

7.2.1 采样过程214

7.2.2 采样信号的频谱215

7.2.3 采样定理216

7.2.4 信号的复现217

7.3 z变换219

7.3.1 z变换的定义219

7.3.2 z变换的求法220

7.3.3 z变换的性质223

7.4 z反变换226

7.5 差分方程227

7.5.1 差分方程概述227

7.5.2 差分方程的解法227

7.6 脉冲传递函数228

7.6.1 脉冲传递函数的定义228

7.6.2 开环脉冲传递函数229

7.6.3 闭环脉冲传递函数231

7.6.4 应用z变换法分析系统的条件234

7.7 采样系统的性能分析234

7.7.1 采样系统的稳定性234

7.7.2 采样系统闭环极点与动态响应的关系238

7.7.3 采样系统的稳态误差240

7.8 最少拍采样控制系统的设计242

第8章 非线性控制系统分析253

8.1 概述253

8.1.1 非线性系统的特点253

8.1.2 非线性系统的研究方法254

8.1.3 典型非线性环节及其特性255

8.2 描述函数法257

8.2.1 描述函数的基本概念257

8.2.2 典型非线性特性的描述函数259

8.2.3 非线性系统的简化263

8.3 用描述函数法分析非线性系统265

8.3.1 稳定性判据265

8.3.2 自激振荡267

8.3.3 用描述函数法分析非线性系统267

8.4 相平面法272

8.4.1 相平面图272

8.4.2 相轨迹和相平面图的性质273

8.4.3 奇点的类型275

8.4.4 相平面图中的极限环276

8.4.5 由相平面图求时间响应277

8.5 相轨迹的绘制方法278

8.5.1 解析法278

8.5.2 图解法279

8.6 非线性系统的相平面图分析281

8.6.1 死区非线性系统281

8.6.2 继电器非线性特性283

8.7 非线性系统的校正284

8.7.1 对线性部分进行校正284

8.7.2 改变非线性特性285

参考文献290