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第1章 控制系统导论1

1.1 引言1

1.2 自动控制简史3

1.3 控制系统实例6

1.4 工程设计11

1.5 控制系统设计12

1.6 机电一体化系统14

1.7 控制系统前瞻16

1.8 设计实例17

1.9 循序渐进设计示例：磁盘驱动器读取系统19

1.10 小结21

基础练习题21

一般习题22

难题26

设计题27

术语和概念28

第2章 系统数学模型30

2.1 引言30

2.2 物理系统的微分方程（组）30

2.3 物理系统的线性近似34

2.4 拉普拉斯变换36

2.5 线性系统的传递函数42

2.6 方框图模型53

2.7 信号流图模型56

2.8 设计实例61

2.9 利用控制系统设计软件进行系统仿真77

2.10 循序渐进设计示例：磁盘驱动器读取系统89

2.11 小结91

基础练习题91

一般习题97

难题109

设计题110

计算机辅助设计题112

术语和概念114

第3章 状态空间模型117

3.1 引言117

3.2 动态系统的状态变量118

3.3 状态微分方程120

3.4 信号流图模型和方框图模型124

3.5 其他形式的信号流图和方框图模型132

3.6 由状态方程求解传递函数136

3.7 状态转移矩阵和系统时间响应138

3.8 设计实例140

3.9 利用控制系统设计软件分析状态空间模型151

3.10 循序渐进设计示例：磁盘驱动器读取系统154

3.11 小结156

基础练习题156

一般习题159

难题168

设计题170

计算机辅助设计题171

术语和概念173

第4章 反馈控制系统的特性175

4.1 引言175

4.2 偏差信号分析177

4.3 控制系统对参数变化的灵敏度178

4.4 反馈控制系统的干扰信号181

4.5 系统瞬态响应的调控185

4.6 稳态误差187

4.7 反馈的代价189

4.8 设计实例190

4.9 利用控制系统设计软件分析控制系统特性201

4.10 循序渐进设计示例：磁盘驱动器读取系统206

4.11 小结209

基础练习题210

一般习题214

难题222

设计题224

计算机辅助设计题227

术语和概念229

第5章 反馈控制系统的性能231

5.1 引言231

5.2 测试输入信号232

5.3 二阶系统的性能234

5.4 零点和第三个极点对二阶系统响应的影响238

5.5 s平面上根的位置与系统的瞬态响应243

5.6 反馈控制系统的稳态误差244

5.7 综合性能指标250

5.8 线性系统的简化257

5.9 设计实例259

5.10 利用控制系统设计软件分析系统性能269

5.11 循序渐进设计示例：磁盘驱动器读取系统273

5.12 小结275

基础练习题276

一般习题280

难题285

设计题287

计算机辅助设计题289

术语和概念292

第6章 线性反馈系统的稳定性293

6.1 稳定性的概念293

6.2 劳斯赫尔维茨稳定判据296

6.3 反馈控制系统的相对稳定性302

6.4 状态变量系统的相对稳定性303

6.5 设计实例306

6.6 利用控制系统设计软件分析系统的稳定性313

6.7 循序渐进设计示例：磁盘驱动器读取系统320

6.8 小结322

基础练习题322

一般习题326

难题331

设计题333

计算机辅助设计题335

术语和概念337

第7章 根轨迹法338

7.1 引言338

7.2 根轨迹的概念338

7.3 绘制根轨迹342

7.4 应用根轨迹法进行参数设计356

7.5 灵敏度与根轨迹360

7.6 PID控制器365

7.7 设计实例367

7.8 利用控制系统设计软件分析根轨迹375

7.9 循序渐进设计示例：磁盘驱动器读取系统379

7.10 小结381

基础练习题383

一般习题387

难题397

设计题400

计算机辅助设计题405

术语和概念407

第8章 频率响应法409

8.1 引言409

8.2 频率响应图411

8.3 频率响应测量428

8.4 频域性能指标428

8.5 对数幅相图431

8.6 设计实例433

8.7 利用控制系统设计软件的频率响应方法441

8.8 循序渐进设计示例：磁盘驱动器读取系统445

8.9 小结447

基本练习题449

一般习题452

难题461

设计题462

计算机辅助设计题465

术语和概念467

第9章 频域稳定性469

9.1 引言469

9.2 s平面上的围线映射470

9.3 奈奎斯特稳定判据474

9.4 相对稳定性与奈奎斯特判据483

9.5 利用频域方法确定系统的时域性能指标488

9.6 系统带宽494

9.7 时延系统的稳定性495

9.8 设计实例498

9.9 频域中的PID控制器509

9.10 利用控制系统设计软件分析频域稳定性510

9.11 循序渐进设计示例：磁盘驱动器读取系统518

9.12 小结519

基础练习题527

一般习题533

难题543

设计题546

计算机辅助设计题550

术语和概念552

第10章 反馈控制系统设计553

10.1 引言553

10.2 系统设计方法554

10.3 串联校正网络555

10.4 用伯德图法设计超前校正网络559

10.5 用根轨迹法设计超前校正网络564

10.6 利用积分型校正网络设计反馈控制系统570

10.7 用根轨迹法设计滞后校正网络572

10.8 用伯德图法设计滞后校正网络575

10.9 在伯德图上用解析法进行系统设计579

10.10 带前置滤波器的反馈控制系统581

10.11 设计具有最小节拍响应的系统583

10.12 设计实例586

10.13 利用控制系统设计软件设计控制系统595

10.14 循序渐进设计示例：磁盘驱动器读取系统600

10.15 小结601

基础练习题602

一般习题606

难题617

设计题619

计算机辅助设计题623

术语和概念626

第11章 状态变量反馈系统设计627

11.1 引言627

11.2 能控性和能观性628

11.3 全状态反馈控制设计632

11.4 观测器设计636

11.5 观测器和全状态反馈控制的集成639

11.6 参考输入信号644

11.7 最优控制系统646

11.8 内模设计654

11.9 设计实例656

11.10 利用控制系统设计软件设计状态变量反馈664

11.11 循序渐进设计示例：磁盘驱动器读取系统669

11.12 小结670

基础练习题670

一般习题672

难题677

设计题680

计算机辅助设计题683

术语和概念687

第12章 鲁棒控制系统689

12.1 引言689

12.2 鲁棒控制系统和系统灵敏度690

12.3 鲁棒性分析693

12.4 含有不确定参数的系统695

12.5 鲁棒控制系统设计696

12.6 鲁棒PID控制器设计701

12.7 鲁棒内模控制系统706

12.8 设计实例708

12.9 伪定量反馈系统722

12.10 利用控制系统设计软件设计鲁棒控制系统723

12.11 循序渐进设计示例：磁盘驱动器读取系统725

12.12 小结727

基础练习题728

一般习题730

难题736

设计题739

计算机辅助设计题745

术语与概念747

第13章 数字控制系统749

13.1 引言749

13.2 数字控制系统应用概貌749

13.3 采样系统751

13.4 z变换753

13.5 闭环反馈采样控制系统756

13.6 二阶采样控制系统的性能759

13.7 带有数字校正器的闭环系统761

13.8 数字控制系统的根轨迹764

13.9 控制器的数字实现767

13.10 设计实例768

13.11 利用控制系统设计软件设计数字控制系统774

13.12 循序渐进设计示例：磁盘驱动器读取系统778

13.13 小结779

基础练习题780

一般习题782

难题784

设计题784

计算机辅助设计题786

术语与概念787

附录A MATLAB基础知识789

附录B MathScript入门802

参考文献821