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第1章 自动控制概述1

1.1 自动控制的基本原理及自动控制系统的基本组成1

1.1.1 自动控制的初步概念1

1.1.2 自动控制的基本原理1

1.1.3 自动控制系统的基本组成3

1.2 自动控制系统示例5

1.2.1 液面控制系统5

1.2.2 直流电动机速度控制系统6

1.2.4 电阻炉温度微机控制系统7

1.2.3 火炮跟踪系统7

1.2.5 蒸汽发电机的协调控制系统8

1.3 自动控制系统的类型8

1.3.1 调节系统和随动系统9

1.3.2 连续系统和离散系统9

1.3.3 线性系统和非线性系统10

1.3.4 单输入单输出系统和多输入多输出系统10

1.3.5 确定性系统和不确定性系统10

1.3.6 集中参数系统和分布参数系统11

1.4 自动控制理论概要11

1.4.1 自动控制理论的发展11

1.4.2 对自动控制系统的基本要求14

1.4.3 本书内容及实际应用问题15

1.5 小结16

1.6 习题16

第2章 控制系统的数学模型19

2.1 引言19

2.2 控制系统的微分方程20

2.2.1 线性系统微分方程的建立20

2.2.2 非线性系统微分方程的线性化25

2.2.3 线性微分方程的解29

2.3.1 传递函数的概念35

2.3 控制系统的传递函数35

2.3.2 传递函数的性质36

2.3.3 典型环节及其传递函数37

2.3.4 电气网络的运算阻抗与传递函数42

2.3.5 控制系统的传递函数43

2.3.6 利用传递函数求解系统的输出响应45

2.4 控制系统结构图和信号流图48

2.4.1 控制系统结构图的概念及建立48

2.4.2 结构图的等效变换及控制系统的传递函数52

2.4.3 信号流图概念及控制系统信号流图的建立60

2.4.4 梅逊增益公式63

2.5 控制系统的频率特性函数67

2.5.1 频率特性概念67

2.5.2 开环频率特性的图形表示72

2.5.3 闭环频率特性图95

2.5.4 由频率特性实验曲线确定最小相位系统的传递函数105

2.6 小结108

2.7 示例109

2.8 习题121

3.1.1 稳定的基本概念129

3.1 稳定性的概念和定义129

第3章 控制系统的稳定性129

3.1.2 渐近稳定和BIBO稳定130

3.1.3 线性定常系统稳定的充分必要条件132

3.2 Routh-Hurwitz稳定性判据133

3.2.1 Routh稳定性判据133

3.2.2 Hurwitz稳定性判据137

3.2.3 参数对稳定性的影响及参数的稳定域138

3.3 Nyquist稳定性判据144

3.3.1 映射定理144

3.3.2 Nyquist稳定性判据及其应用146

3.3.3 根据开环对数频率特性分析线性控制系统稳定性154

3.4 控制系统的相对稳定性155

3.4.1 稳定裕度156

3.4.2 稳定裕度的求取158

3.4.3 利用Routh稳定性判据分析系统的相对稳定性162

3.5 小结163

3.6 示例164

3.7 习题172

4.1 引言177

4.1.1 典型输入信号177

第4章 控制系统的性能指标177

4.1.2 控制系统的输出响应180

4.2 控制系统的稳态响应及稳态误差181

4.2.1 典型输入信号的稳态响应181

4.2.2 误差与稳态误差183

4.2.3 参考输入作用下系统稳态误差的计算186

4.2.4 扰动输入作用下系统稳态误差的计算198

4.2.5 稳态误差的抑制202

4.3 控制系统的瞬态响应及时域性能指标203

4.3.1 控制系统的时域性能指标203

4.3.2 一阶系统的动态响应205

4.3.3 二阶系统的动态响应209

4.3.4 高阶系统的动态响应及性能分析219

4.4 控制系统的频域性能指标227

4.4.1 开环频率特性对应的性能指标227

4.4.2 闭环频率特性对应的性能指标228

4.4.3 频域性能指标与时域性能指标的关系228

4.5 小结233

4.6 示例233

4.7 习题242

5.1.1 根轨迹的定义248

5.1 根轨迹的基本概念248

第5章 根轨迹法248

5.1.2 根轨迹方程250

5.1.3 绘制根轨迹的基本条件251

5.2 根轨迹的绘制253

5.2.1 绘制根轨迹的基本规则253

5.2.2 根轨迹绘制举例260

5.3 广义根轨迹269

5.3.1 参数根轨迹和根轨迹族269

5.3.2 零度根轨迹和完全根轨迹273

5.3.3 延迟系统的根轨迹279

5.4 控制系统的根轨迹分析方法284

5.4.1 利用根轨迹分析控制系统285

5.4.2 根轨迹的改造286

5.5 小结292

5.6 示例293

5.7 习题304

第6章 自动控制系统的校正309

6.1 控制系统校正的概念309

6.1.1 引言309

6.1.2 控制系统的校正方式310

6.1.3 线性系统的基本控制规律312

6.2 常用校正装置及其特性315

6.2.1 无源校正网络315

6.2.2 有源调节器322

6.3 根轨迹法校正325

6.3.1 串联领先校正326

6.3.2 串联滞后校正330

6.3.3 零、极点对消的校正333

6.4 频率特性法校正335

6.4.1 串联领先校正336

6.4.2 串联滞后校正341

6.4.3 串联滞后-领先校正346

6.4.4 期望频率特性法和自动控制系统的工程设计方法348

6.5 控制系统的反馈校正及复合控制360

6.5.1 反馈校正的解析法设计360

6.5.2 反馈校正的根轨迹法设计365

6.5.3 反馈校正的对数频率特性法设计368

6.5.4 复合控制371

6.6 小结379

6.7 示例380

6.8 习题388

7.1.1 采样控制系统393

第7章 线性离散控制系统393

7.1 引言393

7.1.2 数字控制系统395

7.1.3 复杂的计算机控制系统397

7.1.4 离散控制系统的特点和研究方法399

7.2 信号的采样与保持400

7.2.1 采样过程及其数学描述400

7.2.2 采样定理及采样周期的选择403

7.2.3 信号的保持及保持器405

7.3.1 z变换的定义和方法410

7.3 z变换410

7.3.2 z变换的基本定理和性质417

7.3.3 z反变换421

7.4 采样离散控制系统的数学模型427

7.4.1 差分方程及其求解427

7.4.2 脉冲传递函数432

7.4.3 连续控制系统的离散化439

7.5 采样离散控制系统的性能分析443

7.5.1 离散控制系统的稳定性分析443

7.5.2 离散控制系统的稳态误差及计算453

7.5.3 离散控制系统的动态响应及性能分析458

7.6 采样离散控制系统的校正466

7.6.1 模拟化设计方法466

7.6.2 数字化设计方法475

7.7 小结488

7.8 示例489

7.9 习题492

附录496

附录A 拉普拉斯变换496

附录B 部分习题参考答案498

参考文献514