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第1章　绪论1

1.1　控制工程概述1

1.2　控制系统的结构2

1.2.1　开环控制系统2

1.2.2　闭环控制系统3

1.2.3　反馈控制系统的组成5

1.3　控制系统的基本类型6

1.3.1　按输入信号的特征分类6

1.3.2　按控制器的实现方式分类7

1.3.3　按有无误差分类7

1.4　对控制系统的基本要求7

1.4.1　稳定性8

1.4.2　快速性9

1.4.3　准确性9

习题9

第2章　控制系统的数学模型11

2.1　控制系统的微分方程11

2.1.1　线性系统与非线性系统11

2.1.2　微分方程的建立13

2.1.3　微分方程的求解17

2.2　控制系统的传递函数17

2.2.1　传递函数的定义18

2.2.2　传递函数的特点18

2.2.3　传递函数的形式19

2.3　典型环节的传递函数19

2.3.1 比例环节19

2.3.2　微分环节20

2.3.3　积分环节23

2.3.4　惯性环节24

2.3.5　一阶微分环节25

2.3.6　二阶振荡环节26

2.3.7　二阶微分环节27

2.3.8　延时环节28

2.4　控制系统的函数方框图模型29

2.4.1　控制系统的基本连接方式29

2.4.2　扰动作用下的闭环控制系统31

2.4.3　函数方框图的绘制32

2.4.4　函数方框图的简化33

2.5　典型系统的数学模型分析36

2.5.1　机械系统37

2.5.2　电气系统38

2.5.3　机电液系统39

习题40

第3章　控制系统的时域分析44

3.1　控制系统的瞬态响应44

3.1.1　典型输入信号44

3.1.2　时间响应及其组成47

3.1.3　控制系统的时域性能指标48

3.2　一阶系统的时间响应50

3.2.1　一阶系统的数学模型50

3.2.2　一阶系统的单位阶跃响应51

3.3　二阶系统的时间响应56

3.3.1　二阶系统的数学模型56

3.3.2　二阶系统的时间响应59

3.3.3　二阶系统的时域性能指标63

3.4　高阶系统的时间响应68

3.4.1 高阶系统的时间响应分析68

3.4.2　高阶系统的性能分析69

习题71

第4章　控制系统的频率特性分析75

4.1　频率特性的基本概念75

4.1.1　频率响应75

4.1.2　频率特性及其求取方法76

4.1.3　频率特性的图形表示法77

4.2　典型环节的频率特性79

4.2.1 比例环节79

4.2.2　积分和微分环节80

4.2.3　一阶环节81

4.2.4　二阶环节83

4.2.5　延时环节86

4.3　控制系统的频率特性分析87

4.3.1　系统开环频率特性图87

4.3.2　系统开环对数频率特性图91

4.3.3　最小相位系统与非最小相位系统94

4.4　闭环系统的频域分析96

4.4.1 闭环系统的频率特性图96

4.4.2　由开环频率特性估计闭环频率特性97

4.4.3　闭环系统频域性能分析98

习题100

第5章　控制系统的性能分析103

5.1　控制系统的稳定性分析103

5.1.1　控制系统稳定性的基本概念103

5.1.2　代数稳定判据105

5.1.3　控制系统稳定性的频域判据112

5.1.4　控制系统的相对稳定性分析120

5.2　控制系统的稳态性能分析127

5.2.1　系统误差和误差传递函数127

5.2.2　系统静态误差的计算130

5.2.3　动态误差分析138

5.2.4　系统开环对数幅频特性与闭环稳态误差的关系141

5.3　控制系统的动态性能分析143

5.3.1　系统动态性能与开环频率特性间的关系143

5.3.2　系统动态性能与闭环频率特性间的关系145

习题148

第6章　控制系统的综合与校正154

6.1　控制系统校正概述154

6.2　控制系统的串联校正155

6.2.1　相位超前校正155

6.2.2　相位滞后校正158

6.2.3　滞后-超前校正160

6.2.4　PID校正163

6.3　控制系统的并联校正166

6.3.1　反馈校正166

6.3.2　顺馈校正167

习题168

第7章　采样控制系统分析基础170

7.1　概述170

7.2　信号的采样与复原171

7.2.1　信号的采样171

7.2.2　信号的复原174

7.3　z变换175

7.3.1　z变换的定义175

7.3.2　z变换的性质177

7.3.3　z反变换179

7.4　线性离散系统的差分方程181

7.4.1　差分方程的数学描述181

7.4.2　差分方程的求解182

7.5　脉冲传递函数183

7.5.1　脉冲传递函数的定义183

7.5.2　脉冲传递函数的求解方法184

7.5.3　脉冲传递函数的连接方式184

7.5.4　闭环系统的脉冲传递函数185

7.6　采样控制系统的性能分析186

7.6.1　采样控制系统的稳定性分析186

7.6.2　采样控制系统的稳态性分析189

7.6.3　采样控制系统的动态特性分析190

习题192

第8章　基于MATLAB语言的控制系统分析194

8.1　MATLAB语言简介194

8.1.1　基本操作及命令194

8.1.2　MATLAB函数196

8.1.3　绘制响应曲线197

8.1.4　MATLAB语言的联机帮助功能199

8.2　数学模型的MATLAB描述200

8.2.1　连续系统数学模型的MATLAB表示200

8.2.2　离散系统数学模型的MATLAB表示204

8.2.3　模型之间的转换204

8.2.4　控制系统的建模205

8.2.5　simulink建模方法——复杂系统的模型处理方法205

8.3　控制系统的性能分析207

8.3.1　控制系统的时域分析207

8.3.2　控制系统的频域分析211

8.3.3　控制系统的稳定性分析213

8.4　控制系统的校正216

习题218

附录A　拉普拉斯变换219

一、拉普拉斯变换219

二、拉普拉斯变换的基本定理221

三、拉普拉斯反变换223

四、拉普拉斯变换应用举例227

参考文献229