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第1章 控制系统的基本概念1

1.1 控制理论概述1

1.1.1 控制理论发展历史1

1.1.2 控制理论常用术语与应用实例2

1.1.3 控制系统面临的问题3

1.1.4 控制理论基础的特点4

1.2 控制理论基础的基本概念5

1.2.1 控制理论的基本原理5

1.2.2 控制系统的控制方式9

1.2.3 控制系统的组成11

1.2.4 控制系统实例分析12

1.3 控制系统的分类15

1.3.1 按输入信号变化的规律分类15

1.3.2 按系统传输信号对时间的关系分类16

1.3.3 按系统的输出量和输入量间的关系分类17

1.3.4 按系统中的参数对时间的变化情况分类18

1.3.5 按系统中输入输出量个数情况分类18

1.4 控制系统的基本要求19

1.4.1 系统的稳定性19

1.4.2 系统的稳态性能指标19

1.4.3 系统的动态性能指标20

1.5 控制系统实例分析22

1.6 本章小结25

1.7 习题125

第2章 控制理论的数学建模方法27

2.1 控制理论的数学基础27

2.1.1 拉氏变换27

2.1.2 典型输入信号的拉氏变换28

2.1.3 拉氏变换的性质30

2.1.4 拉氏反变换33

2.2 数学模型的建立38

2.2.1 动态微分方程的编写38

2.2.2 非线性数学模型线性化41

2.2.3 传递函数的编写42

2.2.4 控制系统的动态结构图48

2.2.5 动态结构图的等效变换和简化50

2.2.6 信号流图58

2.3 本章小结63

2.4 习题263

第3章 控制系统时域分析67

3.1 典型输入信号67

3.2 一阶系统的时域分析68

3.2.1 一阶系统的数学模型68

3.2.2 一阶系统的单位阶跃响应69

3.2.3 一阶系统的冲激响应70

3.2.4 一阶系统的单位速度响应72

3.3 二阶系统的阶跃响应73

3.3.1 典型二阶系统暂态响应73

3.3.2 二阶系统暂态响应的性能指标78

3.4 高阶系统的暂态响应82

3.5 系统的代数稳定判据83

3.5.1 稳定性及其充分必要条件83

3.5.2 劳斯稳定判据83

3.5.3 胡尔维茨判据87

3.6 稳态误差89

3.6.1 给定稳态误差与误差系数89

3.6.2 扰动稳态误差95

3.6.3 减小稳态误差的方法96

3.7 本章小结99

3.8 习题399

第4章 根轨迹分析法103

4.1 根轨迹法的基本概念103

4.1.1 根轨迹概念103

4.1.2 闭环零点、极点与开环零点、极点的关系105

4.1.3 根轨迹方程106

4.2 根轨迹法的一般步骤108

4.3 绘制根轨迹的基本法则109

4.4 控制系统根轨迹的绘制119

4.5 广义根轨迹124

4.5.1 参数根轨迹125

4.5.2 零度根轨迹128

4.6 线性系统的根轨迹分析方法131

4.6.1 主导极点的概念132

4.6.2 控制系统的稳定性分析135

4.6.3 控制系统的暂态性能分析136

4.6.4 控制系统的稳态性能分析138

4.6.5 开环零点、极点分布对系统性能的影响138

4.6.6 利用MATLAB绘制系统的根轨迹141

4.7 本章小结146

4.8 习题4147

第5章 频率响应法149

5.1 频率响应的概念149

5.2 频率特性的图形表示方法152

5.2.1 频率特性曲线152

5.2.2 幅相频率特性曲线152

5.2.3 对数频率特性曲线153

5.3 典型环节的频率特性154

5.3.1 比例环节的频率特性154

5.3.2 惯性环节的频率特性155

5.3.3 积分环节的频率特性158

5.3.4 微分环节的频率特性160

5.3.5 振荡环节的频率特性161

5.3.6 时滞环节的频率特性165

5.3.7 最小相位环节和非最小相位环节165

5.4 系统的开环频率特性166

5.4.1 系统的开环频率特性的图形表示方法166

5.4.2 系统的开环幅相特性曲线的绘制168

5.4.3 系统的开环对数特性曲线的绘制173

5.5 奈奎斯特稳定判据176

5.5.1 辅助函数176

5.5.2 映射定理177

5.5.3 奈奎斯特稳定判据178

5.5.4 奈奎斯特稳定判据的应用181

5.5.5 对数稳定判据182

5.5.6 稳定裕度184

5.6 利用开环频率特性分析系统的性能188

5.6.1 低频渐近线与系统稳态误差的关系188

5.6.2 中频的斜率与系统稳定性的关系190

5.6.3 开环频率特性和系统动态性能的关系191

5.7 闭环频率特性194

5.7.1 利用向量法求闭环频率特性194

5.7.2 尼柯尔斯图线195

5.7.3 等幅值轨迹197

5.7.4 等相角轨迹199

5.7.5 闭环系统的频域性能指标200

5.8 本章小结202

5.8 习题5203

附录A 模拟试题208

A1 模拟试题1208

A2 模拟试题2210

参考文献211