第1章緒論

1.1引言001

1.1.1自動控制技術(shù)和理論001

1.1.2自動控制技術(shù)的發(fā)展001

1.2自動控制系統(tǒng)的基本概念002

1.2.1水槽液位控制系統(tǒng)002

1.2.2加熱爐爐溫控制系統(tǒng)003

1.2.3控制系統(tǒng)的基本組成003

1.3自動控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)004

1.3.1開環(huán)控制系統(tǒng)004

1.3.2閉環(huán)(反饋)控制系統(tǒng)005

1.3.3順饋控制系統(tǒng)006

1.3.4復(fù)合控制系統(tǒng)006

1.4自動控制系統(tǒng)的分類007

1.4.1按給定信號分類007

1.4.2按信號類型分類008

1.4.3按系統(tǒng)參數(shù)時變規(guī)律分類008

1.4.4按系統(tǒng)變量分類008

1.4.5按系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述分類008

1.4.6按系統(tǒng)的參數(shù)描述分類008

1.5對自動控制系統(tǒng)的基本要求009

1.5.1穩(wěn)定性009

1.5.2快速性009

1.5.3準(zhǔn)確性010

本章小結(jié)010

習(xí)題010



第2章連續(xù)時間控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型

2.1列寫動態(tài)系統(tǒng)的輸入-輸出數(shù)學(xué)模型013

2.1.1微分方程模型013

2.1.2線性定常系統(tǒng)微分方程模型的一般特征022

2.1.3相似系統(tǒng)023

2.2狀態(tài)及狀態(tài)空間模型023

2.3特殊環(huán)節(jié)的建模及處理024

2.3.1純滯后環(huán)節(jié)024

2.3.2分布參數(shù)控制系統(tǒng)025

2.3.3積分環(huán)節(jié)026

2.3.4高階系統(tǒng)026

2.3.5非線性環(huán)節(jié)的線性化處理028

2.4控制系統(tǒng)中典型環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型030

2.4.1控制器的數(shù)學(xué)模型031

2.4.2測量元件的數(shù)學(xué)模型031

2.4.3執(zhí)行機構(gòu)的數(shù)學(xué)模型033

2.5傳遞函數(shù)與方框圖034

2.5.1傳遞函數(shù)的基本概念及其討論034

2.5.2控制系統(tǒng)或環(huán)節(jié)的方框圖036

2.6信號流圖與梅遜公式045

2.6.1信號流圖的基本構(gòu)成045

2.6.2梅遜增益公式047

本章小結(jié)049

習(xí)題049



第3章線性系統(tǒng)的時域特性分析

3.1控制系統(tǒng)典型測試信號055

3.2控制系統(tǒng)時域性能指標(biāo)056

3.3一階系統(tǒng)的時域分析057

3.3.1一階系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型057

3.3.2一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)057

3.3.3一階系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)058

3.3.4一階系統(tǒng)的單位斜坡響應(yīng)059

3.3.5一階系統(tǒng)的單位加速度響應(yīng)059

3.4二階系統(tǒng)的時域分析059

3.4.1二階系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型060

3.4.2二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)061

3.4.3欠阻尼二階系統(tǒng)瞬態(tài)性能指標(biāo)063

3.4.4非振蕩二階系統(tǒng)動態(tài)過程分析067

3.4.5二階系統(tǒng)的單位斜坡響應(yīng)069

3.4.6二階系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)070

3.4.7二階系統(tǒng)的性能改善措施070

3.4.8高階系統(tǒng)的時域分析075

3.5線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析079

3.5.1穩(wěn)定性的概念和定義079

3.5.2線性系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件080

3.5.3系統(tǒng)穩(wěn)定性的代數(shù)判據(jù)081

3.6控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能分析085

3.6.1控制系統(tǒng)的誤差與穩(wěn)態(tài)誤差085

3.6.2誤差的數(shù)學(xué)模型086

3.6.3系統(tǒng)靜態(tài)誤差系數(shù)與穩(wěn)態(tài)誤差分析087

3.6.4控制系統(tǒng)的動態(tài)誤差系數(shù)090

3.6.5擾動作用下的穩(wěn)態(tài)誤差092

本章小結(jié)093

習(xí)題094



第4章根軌跡分析法

4.1根軌跡法的基本概念097

4.1.1根軌跡圖的概念097

4.1.2根軌跡與系統(tǒng)的性能098

4.1.3閉環(huán)零極點與開環(huán)零極點之間的關(guān)系098

4.1.4根軌跡方程099

4.2根軌跡的繪制方法101

4.3廣義根軌跡112

4.3.1參數(shù)根軌跡113

4.3.2零度根軌跡114

4.3.3純滯后系統(tǒng)的根軌跡116

4.4基于根軌跡法分析系統(tǒng)性能121

4.4.1閉環(huán)零極點與時間響應(yīng)121

4.4.2系統(tǒng)性能分析122

本章小結(jié)123

習(xí)題123



第5章線性系統(tǒng)的頻域特性分析

5.1頻率特性的基本概念126

5.2頻率特性及其圖示法128

5.2.1頻率特性的定義128

5.2.2頻率特性的圖示法128

5.3開環(huán)頻率特性曲線的繪制130

5.3.1開環(huán)系統(tǒng)典型環(huán)節(jié)分解130

5.3.2開環(huán)幅相曲線圖的繪制131

5.3.3Bode圖的繪制141

5.3.4用頻域?qū)嶒灤_定系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)150

5.4奈奎斯特（Nyquist）穩(wěn)定性判據(jù)152

5.4.1Nyquist穩(wěn)定性判據(jù)152

5.4.2Nyquist穩(wěn)定判據(jù)的應(yīng)用157

5.4.3穩(wěn)定裕度162

5.5頻域指標(biāo)與時域指標(biāo)的關(guān)系164

5.6系統(tǒng)的閉環(huán)頻率響應(yīng)166

5.6.1閉環(huán)頻率特性166

5.6.2等M圓166

5.6.3等N圓168

本章小結(jié)168

習(xí)題168



第6章線性系統(tǒng)的校正

6.1引言173

6.1.1性能指標(biāo)173

6.1.2控制器的設(shè)計方法174

6.1.3校正方式175

6.2線性系統(tǒng)校正的根軌跡法176

6.2.1增加零、極點對根軌跡的影響176

6.2.2根軌跡校正舉例177

6.2.3校正裝置的實現(xiàn)181

6.3系統(tǒng)校正的頻率特性法182

6.3.1開環(huán)頻率特性與時域性能指標(biāo)之間的關(guān)系182

6.3.2頻率特性法校正舉例184

6.4基本控制規(guī)律分析195

6.4.1比例控制規(guī)律195

6.4.2積分控制規(guī)律195

6.4.3比例加積分控制規(guī)律196

6.4.4比例加微分控制規(guī)律197

6.4.5比例加積分加微分控制規(guī)律197

本章小結(jié)198

習(xí)題199



第7章線性離散系統(tǒng)的分析

7.1離散系統(tǒng)201

7.2信號采樣與保持202

7.2.1信號采樣202

7.2.2采樣定理203

7.2.3采樣周期的選擇204

7.2.4零階保持器205

7.3z變換206

7.3.1z變換定義206

7.3.2z變換方法206

7.3.3z變換基本定理207

7.3.4z反變換210

7.3.5z變換的局限性212

7.4離散系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型212

7.4.1差分方程及其解法212

7.4.2脈沖傳遞函數(shù)214

7.4.3開環(huán)系統(tǒng)脈沖傳遞函數(shù)215

7.4.4閉環(huán)系統(tǒng)脈沖傳遞函數(shù)217

7.5穩(wěn)定性分析218

7.5.1s域到z域的映射219

7.5.2穩(wěn)定的充分必要條件219

7.5.3穩(wěn)定性判據(jù)220

7.6穩(wěn)態(tài)誤差計算223

7.6.1一般方法(利用終值定理)223

7.6.2靜態(tài)誤差系數(shù)法223

7.6.3動態(tài)誤差系數(shù)法225

7.7動態(tài)性能分析226

7.7.1閉環(huán)極點分布與瞬態(tài)響應(yīng)226

7.7.2動態(tài)性能分析228

7.8離散系統(tǒng)的模擬化校正230

7.8.1常用的離散化方法230

7.8.2模擬化校正舉例231

7.9離散系統(tǒng)的數(shù)字校正233

7.9.1數(shù)字控制器的脈沖傳遞函數(shù)233

7.9.2少拍系統(tǒng)設(shè)計234

7.9.3有限拍采樣系統(tǒng)設(shè)計237

7.9.4采樣系統(tǒng)的有限拍無波紋設(shè)計238

本章小結(jié)239

習(xí)題239



第8章非線性控制系統(tǒng)分析

8.1非線性控制系統(tǒng)概述244

8.1.1非線性現(xiàn)象的普遍性244

8.1.2控制系統(tǒng)中的典型非線性特性244

8.1.3非線性控制系統(tǒng)的特點246

8.1.4非線性控制系統(tǒng)的分析方法246

8.2相平面法247

8.2.1相平面的基本概念247

8.2.2相軌跡的性質(zhì)247

8.2.3相軌跡的繪制248

8.2.4由相軌跡求時間解249

8.2.5二階線性系統(tǒng)的相軌跡250

8.2.6非線性系統(tǒng)的相平面分析252

8.3描述函數(shù)法257

8.3.1描述函數(shù)的基本概念257

8.3.2典型非線性特性的描述函數(shù)258

8.3.3用描述函數(shù)法分析非線性系統(tǒng)261

本章小結(jié)266

習(xí)題266



第9章控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間分析

9.1控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述270

9.1.1系統(tǒng)數(shù)學(xué)描述的兩種基本形式270

9.1.2狀態(tài)空間描述常用的基本概念271

9.1.3系統(tǒng)的傳遞函數(shù)矩陣274

9.1.4線性定常系統(tǒng)動態(tài)方程的建立274

9.2線性系統(tǒng)的運動分析284

9.2.1線性定常連續(xù)系統(tǒng)的自由運動284

9.2.2狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的性質(zhì)287

9.2.3線性定常連續(xù)系統(tǒng)的受控運動288

9.2.4線性定常離散系統(tǒng)的運動分析289

9.2.5連續(xù)系統(tǒng)的離散化289

9.3有界輸入、有界輸出穩(wěn)定性290

9.4線性系統(tǒng)的可控性和可觀測性292

9.4.1可控性和可觀測性的概念292

9.4.2線性定常系統(tǒng)的可控性292

9.4.3線性定常系統(tǒng)的可觀測性298

9.4.4可控性、可觀測性與傳遞函數(shù)矩陣的關(guān)系302

9.4.5連續(xù)系統(tǒng)離散化后的可控性與可觀測性306

9.5線性系統(tǒng)非奇異線性變換及系統(tǒng)的規(guī)范分解307

9.5.1線性系統(tǒng)的非奇異線性變換及其性質(zhì)307

9.5.2幾種常用的線性變換308

9.5.3對偶原理311

9.5.4線性系統(tǒng)的規(guī)范分解312

9.6狀態(tài)反饋與極點配置314

本章小結(jié)317

習(xí)題318



附錄A拉普拉斯變換



附錄B常用函數(shù)z變換表



參考文獻(xiàn)