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第1章 自动控制系统概述1

1.1 引言1

1.2 自动控制系统的基本概念2

1.3 自动控制理论的发展3

1.4 自动控制系统的基本原理及组成5

1.4.1 开环控制6

1.4.2 闭环控制7

1.4.3 自动控制系统的基本组成9

1.4.4 自动控制系统的实例分析11

1.5 自动控制系统的分类16

1.5.1 恒值控制系统和随动控制系统16

1.5.2 连续系统和离散系统16

1.5.3 单输入单输出系统和多输入多输出系统16

1.5.4 线性系统和非线性系统16

1.5.5 定常系统和时变系统17

1.5.6 其他类型17

1.6 控制系统的基本要求18

1.7 控制系统的设计概述20

1.8 MATLAB在本章中的应用22

本章小结26

习题27

第2章 控制系统的数学模型29

2.1 引言29

2.2 控制系统的时域数学模型31

2.2.1 电气系统31

2.2.2 机械系统32

2.3 线性系统的传递函数36

2.3.1 传递函数的定义36

2.3.2 典型环节及其传递函数39

2.3.3 电气网络的运算阻抗与传递函数43

2.4 控制系统的结构图及其等效变换46

2.4.1 结构图的组成47

2.4.2 控制系统结构图的建立47

2.4.3 结构图的等效变换49

2.4.4 信号相加点和分支点的移动和互换51

2.4.5 结构图简化示例53

2.5 信号流图和梅逊公式55

2.5.1 信号流图55

2.5.2 梅逊公式56

2.6 闭环传递函数的定义59

2.6.1 闭环系统概述59

2.6.2 闭环系统的传递函数59

2.7 非线性系统模型概述62

2.8 MATLAB在本章中的应用69

本章小结76

习题77

第3章 线性系统的时域分析82

3.1 引言82

3.2 系统时间响应的性能指标83

3.3 一阶系统的时域分析90

3.3.1 一阶系统的数学模型和结构图90

3.3.2 一阶系统的单位阶跃响应91

3.3.3 一阶系统的单位脉冲响应91

3.3.4 一阶系统的单位斜坡响应92

3.3.5 一阶系统的单位加速度响应92

3.4 二阶系统的时域分析93

3.4.1 二阶系统的单位阶跃响应94

3.4.2 欠阻尼二阶系统的动态性能分析96

3.5 高阶系统时域分析法概述100

3.6 控制系统的稳定性分析102

3.6.1 稳定的基本概念和稳定的充分必要条件103

3.6.2 代数稳定判据104

3.7 控制系统稳态误差的分析及计算111

3.7.1 稳态误差的定义112

3.7.2 系统类型与稳态误差113

3.7.3 给定输入信号下的稳态误差计算114

3.7.4 扰动作用下的稳态误差计算116

3.7.5 减少稳态误差的方法117

3.8 MATLAB在本章中的应用118

本章小结127

习题129

第4章 根轨迹法134

4.1 引言134

4.2 根轨迹的基本概念135

4.3 根轨迹绘制的基本规则138

4.4 广义根轨迹149

4.5 系统性能的根轨迹法分析152

4.5.1 根轨迹分析法概述152

4.5.2 增加开环极点对控制系统的影响154

4.5.3 增加开环零点对控制系统的影响155

4.5.4 结论155

4.6 MATLAB在本章中的应用156

本章小结164

习题165

第5章 线性系统的频域分析法168

5.1 引言168

5.2 频率特性的基本概念169

5.2.1 频率特性的定义169

5.2.2 频率特性的表示方法172

5.3 典型环节的频率特性及特性曲线的绘制175

5.4 频域稳定判据及稳定裕量187

5.4.1 奈奎斯特稳定判据188

5.4.2 奈奎斯特稳定判据的应用191

5.4.3 对数稳定判据194

5.4.4 稳定裕量195

5.5 频率特性与控制系统性能的关系200

5.5.1 控制系统性能指标200

5.5.2 开环对数幅频特性与性能指标间的关系203

5.6 MATLAB在本章中的应用206

本章小结213

习题215

第6章 线性系统的校正方法221

6.1 引言221

6.2 系统校正的基本概念222

6.2.1 受控对象222

6.2.2 性能指标概述222

6.2.3 系统校正连接方式223

6.2.4 基本控制规律225

6.3 系统校正装置230

6.3.1 超前校正装置230

6.3.2 滞后校正装置234

6.3.3 滞后-超前校正装置236

6.3.4 超前校正、滞后校正和滞后-超前校正的比较239

6.4 反馈校正239

6.4.1 反馈校正的特点239

6.4.2 反馈校正系统的设计240

6.4.3 串联校正与反馈校正比较240

6.5 MATLAB在本章中的应用242

本章小结258

习题259

第7章 计算机控制系统概述262

7.1 引言262

7.2 计算机控制系统概述263

7.3 A/D转换采样过程与采样定理264

7.3.1 采样过程264

7.3.2 采样定理265

7.3.3 采样周期在工程应用中的选择方法267

7.4 采样信号的复现268

7.5 离散控制系统的数学模型269

7.5.1 脉冲传递函数的定义270

7.5.2 开环采样系统的脉冲传递函数271

7.5.3 闭环采样系统的脉冲传递函数273

7.6 采样控制系统的稳定性分析275

7.7 其他控制系统简介279

7.7.1 过程控制系统简介279

7.7.2 机电一体化系统简介281

7.8 MATLAB在本章中的应用283

本章小结287

习题289

第8章 现代控制理论基础292

8.1 线性系统的状态空间描述292

8.1.1 状态空间描述的基本概念292

8.1.2 线性定常连续系统状态空间表达式的建立296

8.2 线性定常系统状态方程的解307

8.2.1 线性定常齐次状态方程的解307

8.2.2 线性定常系统的状态转移矩阵309

8.2.3 非齐次状态方程的解310

8.2.4 线性离散系统的解312

8.3 线性定常系统的可控性和可观测性312

8.3.1 可控性和可观测性的定义313

8.3.2 线性定常连续系统的可控性判别315

8.3.3 线性定常系统可观测性判别317

8.3.4 可控性、可观测性与传递函数矩阵的关系319

8.4 线性定常系统的状态反馈和状态观测器320

8.4.1 线性定常系统常用反馈结构320

8.4.2 状态反馈与极点配置322

8.4.3 状态观测器323

8.5 MATLAB在本章中的应用326

8.5.1 State-space equations326

8.5.2 Control design using pole placement328

8.5.3 Introducing the reference input330

8.5.4 Observer design332

本章小结335

习题336

附录A 拉普拉斯变换及反变换337

附录B z变换定义及对照表339

附录C 常用校正网络341

附录D Bode图的绘制规则343

附录E 常用MATLAB命令345

附录F 自动控制理论中的概念解析346

附录G 控制理论术语中英文对照352

参考文献370