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目录1

前言1

第1章　自动控制概述1

1.1　开环控制与闭环控制2

1.1.1　自动控制的基本方式2

1.1.2　开环控制2

1.1.3　闭环（反馈）控制3

1.2 自动控制系统实例4

1.2.1　热水温度控制系统4

1.2.2　压力控制系统5

1.2.3　随动控制系统6

1.2.4　数字控制系统7

1.2.5　调速系统8

1.3　控制系统的组成与对控制系统的性能要求8

1.3.1　控制系统的组成和基本环节8

1.3.2　对控制系统的性能要求9

小结10

习题一11

第2章　控制系统的数学模型13

2.1　系统数学模型概述13

2.2　列写微分方程的一般方法13

2.3.1　拉氏变换定义14

2.3　用拉普拉斯变换求解线性微分方程14

2.3.2　常用函数的拉氏变换15

2.3.3　拉氏变换的几个基本法则15

2.3.4　拉氏反变换16

2.3.5　用拉氏变换求解微分方程18

2.4　传递函数18

2.4.1　传递函数的定义18

2.4.2　典型环节的传递函数20

2.5　动态结构图22

2.5.1　动态结构图的概念22

2.5.2　动态结构图的建立22

2.5.3　动态结构图的等效变换23

2.6　信号流图28

2.6.1　信号流图的术语及绘制28

2.6.2　梅逊公式29

小结30

习题二31

第3章　时域分析方法33

3.1　典型控制过程及性能指标33

3.1.1　典型输入信号及输出波形33

3.1.2　控制系统的性能指标34

3.2.3　一阶系统的单位斜坡响应36

3.2.2　一阶系统的单位阶跃响应36

3.2　一阶系统分析36

3.2.1　一阶系统的数学模型36

3.2.4　一阶系统的单位脉冲响应37

3.2.5　三种响应之间的关系37

3.3　二阶系统分析38

3.3.1　二阶系统的数学模型38

3.3.2　二阶系统的单位阶跃响应38

3.3.3　高阶系统的时域分析42

3.4　稳定性与代数判据43

3.4.1　稳定的概念43

3.4.3　古尔维次（Hurwitz）稳定判据44

3.4.2　稳定的数学条件及定义44

3.4.4　劳斯（Routh）稳定判据45

3.5　稳态误差分析及误差系数47

3.5.1　误差及稳态误差的定义47

3.5.2　系统的型别48

3.5.3　稳态误差的计算48

3.5.4　改善系统稳态精度的方法51

小结51

习题三52

4.1.1　根轨迹54

4.1　根轨迹与根轨迹方程54

第4章　根轨迹法54

4.1.2　根轨迹方程55

4.2　绘制根轨迹的基本规则56

4.3　系统闭环零极点分布与阶跃响应的关系67

4.3.1　闭环零极点分布与阶跃响应的关系68

4.3.2　主导极点与偶极子68

4.3.3　利用主导极点估算系统的性能指标68

4.4　开环零极点对根轨迹的影响71

4.4.1　开环零点对根轨迹的影响71

4.4.2　开环极点对根轨迹的影响73

小结75

习题四76

第5章　频率分析法79

5.1　频率特性的概念79

5.1.1　频率特性与传递函数的关系80

5.1.2　频率特性的图形表示法82

5.2　典型环节频率特性84

5.2.1　比例环节84

5.2.2　积分环节84

5.2.3　微分环节85

5.2.4　一阶惯性环节86

5.2.5　二阶振荡环节89

5.2.6　一阶微分环节91

5.2.7　一阶不稳定环节92

5.3　系统开环频率特性的绘制93

5.4　稳定判据96

5.4.1　开环频率特性和闭环特征式的关系96

5.4.2　奈奎斯特（H·Nyguist）稳定判据97

5.4.3　对数稳定判据102

5.4.4　系统稳定裕度103

5.5　开环频率特性和系统动态响应的关系107

5.5.1　低频段108

5.5.2　中频段109

5.5.3　高频段112

5.6　闭环频率响应113

5.6.1　M圆图114

5.6.2　N圆图115

5.6.3＊ 尼柯尔斯图116

5.6.4　闭环频率特性与时域指标的关系119

小结122

习题五122

第6章　控制系统的校正127

6.1　控制系统校正的基本概念127

6.2.1　超前校正128

6.2　串联校正128

6.2.2　迟后校正133

6.2.3　迟后—超前校正136

6.3　反馈校正140

6.3.1　利用反馈校正改变局部结构、参数141

6.3.2　利用反馈校正取代局部环节142

6.4　复合校正145

6.4.1　引入输入补偿法145

6.4.2　引入扰动补偿方法146

小结146

习题六147

第7章＊ 非线性系统150

7.1　常见非线性特性及对系统的影响150

7.1.1　不灵敏区（死区）150

7.1.2　饱和特性151

7.1.3　间隙特性152

7.1.4　继电器特性153

7.2　非线性特性描述函数法153

7.2.1　典型环节描述函数154

7.2.2　非线性系统的描述函数分析161

7.2.3　非线性系统的稳定性分析162

7.2.5　应用描述函数法分析非线性系统163

7.2.4 自振分析163

7.2.6　改善非线性系统控制性能的措施168

小结170

习题七171

第8章　线性采样系统分析173

8.1　采样控制系统分析173

8.1.1　采样控制系统结构174

8.1.2　采样过程174

8.1.3　采样定理175

8.1.4　采样信号复现与零阶保持器178

8.2　z变换180

8.2.1　z变换定义181

8.2.2　z变换基本定理182

8.3　z反变换185

8.3.1 部分分式法185

8.3.2 幂级数法186

8.4　差分方程187

8.4.1　差分的定义187

8.4.2　差分方程188

8.5　脉冲传递函数189

8.5.1　脉冲传递函数的定义189

8.5.2　开环系统的脉冲传递函数191

8.5.3　闭环系统的脉冲传递函数193

8.6.1　采样系统稳定性分析196

8.6　采样系统性能分析196

8.6.2　采样系统的稳态误差198

8.6.3　采样系统闭环极点分布与动态响应之间的关系203

小结205

习题八205

第9章　用MATLAB软件上机仿真实训指导209

9.1 MATLAB简介209

9.1.1 MATLAB的安装209

9.1.2 MATLAB命令窗口209

9.1.4 MATLAB运算符号的用法211

9.1.3 MATLAB中的变量211

9.1.5　绘制曲线212

9.1.6　Simulink概述213

9.2 MATLAB中的数学模型及其等效变换220

9.2.1 MATLAB中的数学模型表示221

9.2.2 MATLAB在系统分析中的应用223

习题九239

附录A 自动控制原理电子模拟实验241

附录B 实验说明及参考答案263

附录C MATLAB常用命令273

参考文献275