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第1章 绪论1

1.1自动控制的历史3

1.2控制系统的基本概念5

1.2.1自动控制问题的提出5

1.2.2开环控制系统7

1.2.3闭环控制系统8

1.2.4开环控制系统与闭环控制系统的比较9

1.2.5控制系统示例10

1.3控制系统的分类13

1.3.1按自动控制系统是否形成闭合回路分类13

1.3.2按信号的结构特点分类14

1.3.3按给定值信号的特点分类15

1.3.4按控制系统元件的特性分类15

1.3.5按控制系统信号的形式分类17

1.3.6其他的分类方法17

1.4控制系统的响应模态与基本要求18

本章小结19

习题120

第2章 控制系统的数学模型21

2.1系统建模与动态方程23

2.1.1电气和电子系统23

2.1.2机械系统25

2.1.3热量系统27

2.1.4非线性系统微分方程的线性化28

2.2线性定常系统的传递函数30

2.2.1传递函数的定义30

2.2.2传递函数的性质32

2.2.3典型环节的传递函数32

2.2.4系统传递函数35

2.3控制系统的结构图与化简35

2.3.1结构图的组成36

2.3.2结构图的建立36

2.3.3结构图的等效变换37

2.3.4自动控制系统的传递函数44

2.4信号流图和梅森增益公式46

2.4.1信号流图46

2.4.2梅逊公式47

本章小结49

习题250

第3章 线性系统的时域分析法54

3.1概述56

3.1.1时域法的作用和特点56

3.1.2时域法常用的典型输入信号56

3.1.3系统的时域性能指标56

3.2一阶系统的时域分析58

3.2.1一阶系统传递函数标准形式及单位阶跃响应58

3.2.2一阶系统动态性能指标计算59

3.2.3典型输入下一阶系统的响应60

3.3二阶系统的时域分析62

3.3.1二阶系统传递函数标准形式及分类62

3.3.2过阻尼二阶系统动态性能指标计算63

3.3.3欠阻尼二阶系统动态性能指标计算66

3.3.4改善二阶系统动态性能的措施78

3.4高阶系统的时域分析81

3.4.1高阶系统单位阶跃响应81

3.4.2闭环主导极点82

3.4.3估算高阶系统动态性能指标的零点极点法82

3.5线性系统的稳定性分析84

3.5.1稳定性的概念84

3.5.2稳定的充要条件84

3.5.3稳定判据85

3.6线性系统的稳态误差分析89

3.6.1误差与稳态误差90

3.6.2计算稳态误差的一般方法90

3.6.3静态误差系数法92

3.6.4干扰作用引起的稳态误差分析95

3.6.5动态误差系数法97

3.6.6减小稳态误差的方法100

本章小结101

习题3102

第4章 根轨迹107

4.1根轨迹基本概念109

4.1.1根轨迹109

4.1.2根轨迹方程110

4.2绘制根轨迹111

4.2.1绘制根轨迹的基本法则111

4.2.2根轨迹绘制举例117

4.2.3正反馈系统的根轨迹118

4.2.4参数根轨迹120

4.3基于根轨迹的系统性能分析122

4.4开环零、极点分布对系统性能的影响125

本章小结129

习题4129

第5章 线性系统的频率响应分析法134

5.1频率响应特性135

5.1.1正弦稳态响应和频率响应136

5.1.2传递函数和正弦传递函数138

5.1.3频率响应特性的图形表示139

5.2伯德图141

5.2.1基本环节的伯德图141

5.2.2开环频率特性的伯德图149

5.2.3最小相位系统和非最小相位系统155

5.3奈奎斯特图158

5.3.1典型系统的奈奎斯特图158

5.3.2开环奈奎斯特图的一般绘制方法162

5.4奈奎斯特稳定性166

5.4.1幅角原理和奈奎斯特判据166

5.4.2奈奎斯特判据的应用170

5.4.3相对稳定性177

5.5频率响应特性与系统性能183

5.5.1频率响应特性与系统的稳态性能183

5.5.2频率响应特性与系统的动态性能185

5.5.3频率响应特性与系统的鲁棒性191

5.6期望开环和闭环频率特性196

5.6.1期望开环频率特性196

5.6.2期望闭环频率特性199

本章小结200

习题5201

第6章 线性系统的校正与综合205

6.1系统综合的基本概念206

6.1.1系统的校正方式207

6.1.2系统的性能指标209

6.1.3典型校正环节211

6.1.4典型校正方法218

6.2滞后校正219

6.2.1基于根轨迹法的滞后校正技术219

6.2.2基于伯德图的滞后校正技术222

6.2.3基于参数搜索的滞后校正技术224

6.3超前校正226

6.3.1基于根轨迹的超前校正技术226

6.3.2基于伯德图的超前校正技术228

6.3.3基于参数搜索的超前校正技术230

6.4滞后超前校正232

6.4.1基于根轨迹法的滞后超前校正技术232

6.4.2基于伯德图的滞后超前校正技术235

6.4.3基于参数搜索的滞后超前校正技术237

6.5二自由度控制系统240

6.5.1二自由度控制结构240

6.5.2二自由度系统跟踪特性的零点配置法243

6.6内模控制系统246

6.6.1内模控制与内部稳定性246

6.6.2内模控制器设计方法249

本章小结254

习题6254

第7章 线性离散系统258

7.1离散系统概述260

7.2信号的采样与复现261

7.2.1采样函数261

7.2.2采样定理——采样频率的选择262

7.2.3保持器——采样信号的复现262

7.3 z变换理论264

7.3.1 z变换的定义264

7.3.2 z变换求法265

7.3.3 z变换的基本定理268

7.3.4 z反变换272

7.3.5用z变换法解差分方程275

7.4线性离散系统的数学模型276

7.4.1差分方程276

7.4.2脉冲传递函数277

7.5离散系统的稳定性分析286

7.5.1离散系统的零点、极点概念286

7.5.2 Z平面与S平面的映射关系287

7.5.3离散系统稳定的充要条件289

7.5.4劳斯判据在z域中的应用290

7.5.5朱利判据293

7.6离散系统的稳态性能分析295

7.6.1离散系统的稳态误差295

7.6.2离散系统稳态性能分析举例298

7.7离散系统的动态性能分析300

7.7.1由动态响应曲线直接求得动态指标300

7.7.2闭环极点位置与系统过渡过程的关系302

7.7.3离散系统的性能分析示例304

7.8应用MATLAB进行离散系统分析306

本章小结310

习题7310

第8章 非线性控制系统分析313

8.1非线性系统概述314

8.1.1非线性现象315

8.1.2典型非线性特性316

8.1.3非线性系统的分析方法320

8.2描述函数法322

8.2.1谐波线性化与描述函数322

8.2.2典型非线性特性的描述函数324

8.2.3组合非线性特性329

8.2.4基于描述函数的非线性系统分析331

8.3相平面法338

8.3.1相轨迹的基本概念338

8.3.2线性二阶系统的相轨迹与特性339

8.3.3相轨迹绘制方法及其一般特性344

8.3.4极限环346

8.3.5非线性系统的相平面分析348

本章小结351

习题8351

附表1常用函数的拉氏变换及z变换对照表355

附表2常见典型的非线性特性及描述函数356

参考文献358