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第1章 绪论1

内容提要1

1.1自动控制的基本概念1

1.2自动控制系统的组成1

1.3自动控制系统的基本控制方式2

1.4自动控制系统的分类2

1.5自动控制系统的基本要求3

1.6自动控制理论的产生及其发展4

1.7自动控制系统课程的主要任务4

习题解答4

第2章 控制系统的数学模型6

内容提要6

2.1微分方程6

2.2非线性数学模型的线性化6

2.3传递函数7

2.3.1传递函数的定义7

2.3.2传递函数的常用形式7

2.3.3传递函数的特点8

2.3.4典型环节的传递函数8

2.4结构图9

2.4.1结构图的绘制9

2.4.2结构图的简化10

2.5信号流图11

2.5.1信号流图的概念11

2.5.2信号流图的绘制11

2.5.3梅逊增益公式12

习题解答12

典型题解20

第3章 线性控制系统的时域分析法25

内容提要25

3.1引言25

3.1.1典型输入信号25

3.1.2系统时域响应的形式25

3.1.3系统时域响应的性能指标26

3.2系统的稳定性27

3.2.1稳定性的基本概念27

3.2.2线性控制系统稳定的条件27

3.2.3代数稳定判据27

3.2.4相对稳定性和稳定裕量29

3.3系统的时域响应29

3.3.1一阶系统的时域响应29

3.3.2二阶系统的时域响应30

3.3.3高阶系统的时域响应32

3.4系统的稳态误差33

3.4.1稳态误差的定义33

3.4.2静态误差系数法33

3.4.3动态误差系数法34

3.4.4给定信号和扰动信号同时作用下的稳态误差35

习题解答35

典型题解49

第4章 线性控制系统的复域分析法51

内容提要51

4.1引言51

4.1.1根轨迹的基本概念51

4.1.2根轨迹的基本条件52

4.2常规根轨迹的绘制52

4.2.1负反馈系统的根轨迹52

4.2.2正反馈系统的根轨迹54

4.3广义根轨迹的绘制54

4.3.1单参数根轨迹54

4.3.2多参数根轨迹55

4.4纯迟延根轨迹的绘制56

4.5利用根轨迹分析控制系统57

4.5.1利用根轨迹定性分析系统57

4.5.2利用根轨迹定量分析系统57

习题解答57

典型题解86

第5章 线性控制系统的频域分析法93

内容提要93

5.1引言93

5.1.1频率特性的基本概念93

5.1.2频率特性的表示方法94

5.2典型环节的频率特性94

5.3系统的开环频率特性95

5.3.1开环频率特性的极坐标图95

5.3.2开环频率特性的对数坐标图97

5.3.3开环频率特性的对数幅相图98

5.3.4最小相位系统98

5.4奈奎斯特稳定判据98

5.4.1奈奎斯特稳定判据的介绍98

5.4.2奈奎斯特稳定判据的推广99

5.5控制系统的稳定裕量99

5.5.1稳定裕量在极坐标图中的表示99

5.5.2稳定裕量在对数坐标图中的表示100

5.5.3稳定裕量在对数幅相图中的表示100

5.6系统的闭环频率特性100

5.6.1等M圆（等幅值轨迹）和等N圆（等相角轨迹）101

5.6.2利用等M圆和等N圆求系统的闭环频率特性102

5.6.3利用尼科尔斯图求系统的闭环频率特性102

5.7利用频率特性对闭环系统进行分析103

5.7.1系统频域特性与稳态性能的关系103

5.7.2系统频域特性与时域性能的关系103

习题解答105

典型题解125

第6章 线性控制系统的校正方法131

内容提要131

6.1引言131

6.1.1性能指标131

6.1.2校正方式131

6.2校正装置及其特性132

6.2.1 PID控制器132

6.2.2超前校正装置132

6.2.3滞后校正装置133

6.2.4滞后-超前校正装置133

6.3频率法串联校正133

6.3.1频率法的串联超前校正133

6.3.2频率法的串联滞后校正134

6.3.3频率法的串联滞后-超前校正135

6.4根轨迹法串联校正135

6.4.1根轨迹法的串联超前校正135

6.4.2根轨迹法的串联滞后校正137

6.4.3根轨迹法的串联滞后-超前校正139

6.5反馈校正140

6.6复合校正140

习题解答140

典型题解156

第7章 非线性控制系统分析158

内容提要158

7.1引言158

7.1.1非线性系统的特点158

7.1.2常见的非线性特性158

7.1.3非线性系统的分析方法158

7.2相平面分析法159

7.2.1概述159

7.2.2相轨迹图的绘制160

7.2.3由相轨迹图求系统的暂态响应161

7.2.4控制系统的相平面分析161

7.3描述函数分析法161

7.3.1描述函数定义161

7.3.2典型非线性环节的描述函数162

7.3.3非线性系统的描述函数法分析162

7.3.4非线性系统的简化163

习题解答163

典型题解178

第8章 线性离散控制系统的分析与设计182

内容提要182

8.1引言182

8.1.1信号的采样182

8.1.2信号的保持183

8.2 z变换183

8.2.1 z变换定义183

8.2.2 z变换方法183

8.2.3 z变换的基本定理184

8.2.4 z反变换185

8.3离散系统的数学模型187

8.3.1差分方程187

8.3.2脉冲传递函数188

8.4离散控制系统的稳定性分析189

8.4.1离散控制系统稳定的条件189

8.4.2代数稳定判据190

8.5离散控制系统的稳态误差190

8.5.1典型输入信号下的稳态误差190

8.5.2扰动信号作用下的稳态误差191

8.6离散控制系统的动态性能191

8.6.1离散系统的输出响应191

8.6.2闭环零、极点分布对瞬态响应的影响191

8.6.3离散系统的根轨迹分析192

8.7离散控制系统的校正192

8.7.1采用伯德图的方法192

8.7.2最少拍控制系统的校正193

习题解答194

典型题解202

第9章 基于MATLAB的自动控制原理数字仿真实验207

实验一 线性控制系统的时域分析207

实验二 线性控制系统的根轨迹和频域分析213

实验三 线性控制系统的校正220

实验四 非线性控制系统的分析224

实验五 离散控制系统的分析229

附录A学生实验报告233

附录B 半对数坐标纸234

参考文献235