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第1章 绪论1

1.1自动控制的基本概念1

1.2自动控制系统的组成2

1.3自动控制系统的基本控制方式3

1.4自动控制系统的分类4

1.5自动控制系统的基本要求6

1.6自动控制理论的产生及其发展7

小结10

习题11

第2章 控制系统的数学模型12

2.1微分方程12

2.1.1微分方程的建立12

2.1.2微分方程的增量表示18

2.2非线性数学模型的线性化19

2.3传递函数21

2.3.1传递函数的定义21

2.3.2传递函数的常用形式24

2.3.3传递函数的特点25

2.3.4典型环节的传递函数26

2.4结构图29

2.4.1结构图的概念29

2.4.2结构图的简化30

2.5信号流图37

2.5.1信号流图的概念37

2.5.2信号流图的绘制38

2.5.3梅逊增益公式39

2.6利用MATLAB描述和求解系统数学模型41

2.6.1利用MATLAB描述系统数学模型41

2.6.2利用MATLAB实现数学模型间的转换41

2.6.3利用MATLAB化简系统数学模型42

小结43

习题44

第3章 线性控制系统的时域分析法46

3.1引言46

3.1.1典型输入信号46

3.1.2系统时域响应的形式48

3.1.3系统时域响应的性能指标49

3.2系统的稳定性50

3.2.1稳定性的基本概念51

3.2.2线性控制系统稳定的条件52

3.2.3代数稳定判据53

3.2.4系统参数对稳定性的影晌56

3.2.5相对稳定性和稳定裕量57

3.3系统的时域响应58

3.3.1一阶系统的时域响应58

3.3.2二阶系统的时域响应59

3.3.3高阶系统的时域响应66

3.4系统的稳态误差69

3.4.1稳态误差的定义69

3.4.2静态误差系数法70

3.4.3动态误差系数法72

3.4.4给定信号和扰动信号同时作用下的稳态误差74

3.5基于MATLAB的控制系统时域分析75

3.5.1利用MATLAB分析系统的稳定性75

3.5.2利用MATLAB分析系统的动态特性76

3.5.3利用MATLAB计算系统的稳态误差78

小结79

习题79

第4章 线性控制系统的复域分析法83

4.1引言83

4.1.1根轨迹的基本概念83

4.1.2根轨迹的基本条件85

4.2常规根轨迹的绘制86

4.2.1负反馈系统的根轨迹86

4.2.2正反馈系统的根轨迹94

4.3广义根轨迹的绘制96

4.3.1单参数根轨迹97

4.3.2多参数根轨迹98

4.4纯迟延根轨迹的绘制99

4.5利用根轨迹分析控制系统103

4.5.1利用根轨迹定性分析系统103

4.5.2利用根轨迹定量分析系统104

4.6利用MATLAB进行根轨迹分析107

4.6.1绘制系统根轨迹和获得根轨迹增益107

4.6.2绘制阻尼系数和自然频率的栅格线109

小结110

习题111

第5章 线性控制系统的频域分析法114

5.1引言114

5.1.1频率特性的基本概念114

5.1.2频率特性的表示方法116

5.2典型环节的频率特性117

5.2.1比例环节117

5.2.2积分环节118

5.2.3微分环节119

5.2.4一阶惯性环节119

5.2.5一阶比例微分环节121

5.2.6二阶振荡环节121

5.2.7纯迟后环节123

5.3系统的开环频率特性124

5.3.1开环频率特性的极坐标图（Nyquist图）124

5.3.2开环频率特性的对数坐标图（Bode图）127

5.3.3开环频率特性的对数幅相图（Nichols图）129

5.3.4最小相位系统130

5.4奈奎斯特稳定判据133

5.4.1基本原理133

5.4.2奈奎斯特路径及其映射135

5.4.3奈奎斯特稳定判据136

5.4.4奈奎斯特稳定判据的推广139

5.5控制系统的稳定裕量140

5.5.1稳定裕量在极坐标图中的表示140

5.5.2稳定裕量在对数坐标图中的表示141

5.5.3稳定裕量在对数幅相图中的表示142

5.6系统的闭环频率特性143

5.6.1等M圆（等幅值轨迹）和等N圆（等相角轨迹）143

5.6.2利用等M圆和等N圆求系统的闭环频率特性145

5.6.3利用尼科尔斯图求系统的闭环频率特性146

5.7利用频率特性对闭环系统进行分析147

5.7.1系统频域特性与稳态性能的关系148

5.7.2系统频域特性与时域性能的关系148

5.8基于MATLAB的控制系统频域分析151

5.8.1利用MATLAB绘制Bode图151

5.8.2利用MATLAB绘制Nyquist图152

5.8.3利用MATLAB绘制 Nichols图153

5.8.4利用MATLAB计算系统的相角裕量和幅值裕量153

小结154

习题154

第6章 线性控制系统的校正方法158

6.1引言158

6.1.1性能指标158

6.1.2校正方式158

6.2校正装置及其特性159

6.2.1 PID控制器159

6.2.2超前校正装置160

6.2.3滞后校正装置162

6.2.4滞后-超前校正装置164

6.3频率法串联校正165

6.3.1频率法的串联超前校正166

6.3.2频率法的串联滞后校正168

6.3.3频率法的串联滞后-超前校正170

6.4根轨迹法串联校正173

6.4.1根轨迹法的串联超前校正173

6.4.2根轨迹法的串联滞后校正176

6.4.3根轨迹法的串联滞后-超前校正179

6.5反馈校正182

6.5.1反馈校正的原理182

6.5.2反馈校正的设计182

6.6复合校正183

6.6.1按输入补偿的复合校正183

6.6.2按扰动补偿的复合校正185

6.7基于MATLAB的控制系统校正185

6.7.1利用MATLAB实现频率法的串联超前校正185

6.7.2利用MATLAB实现频率法的串联滞后校正187

6.7.3利用MATLAB实现频率法的串联滞后-超前校正188

小结189

习题190

第7章 非线性控制系统的分析193

7.1引言193

7.1.1非线性系统的特点193

7.1.2常见的非线性特性194

7.1.3非线性系统的分析方法196

7.2相平面分析法197

7.2.1概述197

7.2.2相轨迹图的绘制203

7.2.3由相轨迹图求系统的暂态响应207

7.2.4控制系统的相平面分析208

7.3描述函数分析法214

7.3.1概述214

7.3.2典型非线性环节的描述函数215

7.3.3非线性系统的描述函数法分析218

7.3.4非线性系统的简化224

7.4基于MATLAB的非线性系统分析225

7.4.1利用MATLAB求解非线性系统的线性化模型225

7.4.2基于MATLAB的相平面法分析非线性系统227

7.4.3基于MATLAB的描述函数法分析非线性系统229

小结231

习题232

第8章 线性离散控制系统的分析与设计234

8.1引言234

8.1.1信号的采样235

8.1.2信号的保持238

8.2 z变换240

8.2.1 z变换定义240

8.2.2 z变换方法241

8.2.3 z变换的基本定理242

8.2.4 z反变换245

8.3离散系统的数学模型246

8.3.1差分方程246

8.3.2脉冲传递函数248

8.4离散控制系统的稳定性分析253

8.4.1离散控制系统稳定的条件253

8.4.2代数稳定判据254

8.5离散控制系统的稳态误差256

8.5.1典型输入信号下的稳态误差256

8.5.2扰动信号作用下的稳态误差258

8.6离散控制系统的动态性能258

8.6.1离散系统的输出响应259

8.6.2闭环零点、极点分布对瞬态响应的影响259

8.6.3离散系统的根轨迹分析262

8.7离散控制系统的校正263

8.7.1采用伯德图的方法263

8.7.2最少拍控制系统的校正265

8.8基于MATLAB的离散控制系统的分析与设计267

8.8.1利用MATLAB实现z变换267

8.8.2利用MATLAB实现连续系统的离散化268

8.8.3利用MATLAB分析离散控制系统的稳定性268

8.8.4利用MATLAB计算离散系统的稳态误差269

8.8.5利用MATLAB分析离散系统的动态特性269

小结271

习题271

附录A拉普拉斯变换273

附录B习题参考答案277

参考文献283