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第1章 绪论1

1.1引言1

1.2自动控制系统的基本结构2

1.2.1开环控制系统2

1.2.2闭环控制系统4

1.3自动控制系统的分类5

1.3.1按系统输入信号的变化规律分类5

1.3.2按系统的响应特性分类6

1.4控制系统性能的基本要求和典型输入信号7

1.4.1控制系统性能的基本要求的提法7

1.4.2典型输入信号8

1.5基于MATLAB的控制系统分析与设计10

本章小结10

习题10

第2章 控制系统的数学模型13

2.1控制系统微分方程的建立13

2.1.1列写系统或元件微分方程的一般方法13

2.1.2非线性数学模型的线性化17

2.2控制系统的传递函数18

2.2.1传递函数的概念19

2.2.2传递函数的表达式和性质19

2.2.3传递函数的求法20

2.2.4典型环节的传递函数22

2.3控制系统的传递函数方框图与信号流图26

2.3.1传递函数方框图的建立26

2.3.2方框图的等效变换规则29

2.3.3典型闭环系统方框图及其传递函数36

2.3.4信号流图与梅逊公式38

2.4数学模型的实验测定法41

2.5 MATLAB在求解线性微分方程及系统方框图化简中的应用46

2.5.1 MATLAB在求解线性微分方程中的应用46

2.5.2 MATLAB在系统方框图化简中的应用51

本章小结57

习题57

第3章 线性定常系统的时域分析62

3.1时域分析的性能指标62

3.1.1典型输入信号作用下系统的时域响应62

3.1.2时域响应的性能指标63

3.2一阶系统的时域分析64

3.2.1数学模型64

3.2.2单位阶跃响应65

3.2.3时间常数T的求法65

3.2.4减小时间常数的措施66

3.3二阶系统的时域分析67

3.3.1典型的数学模型67

3.3.2单位阶跃响应67

3.3.3欠阻尼响应的性能指标71

3.3.4实际二阶系统73

3.3.5改善欠阻尼响应性能指标的措施74

3.4稳定性分析77

3.4.1稳定的概念和稳定的条件77

3.4.2劳斯判据78

3.5稳态性能分析82

3.5.1误差与稳态误差83

3.5.2给定输入下的稳态误差essr84

3.5.3扰动稳态误差essn86

3.5.4用动态误差系数表示系统的稳态误差87

3.5.5降低稳态误差的措施89

3.6 MATLAB在系统时域分析中的应用90

3.6.1 MATLAB在分析系统稳定性中的应用90

3.6.2 MATLAB在系统的动态特性分析中的应用91

3.6.3系统单位阶跃响应的求法93

本章小结94

习题94

第4章 根轨迹法97

4.1根轨迹的概念与根轨迹方程97

4.1.1根轨迹97

4.1.2根轨迹方程98

4.2绘制根轨迹的基本规则及根轨迹的绘制99

4.2.1绘制根轨迹的基本规则99

4.2.2根轨迹的绘制105

4.3广义根轨迹109

4.3.1参数根轨迹109

4.3.2多回路的根轨迹110

4.3.3正反馈回路的根轨迹111

4.3.4迟后系统的根轨迹112

4.4利用根轨迹分析系统的性能114

4.4.1主导极点的概念114

4.4.2增加开环零点对根轨迹的影响115

4.4.3根轨迹增益的确定及系统性能的分析115

4.5利用MATLAB绘制根轨迹图117

4.5.1常规根轨迹的绘制117

4.5.2零度根轨迹的绘制122

本章小结123

习题124

第5章 频域分析法126

5.1频率特性126

5.1.1频率特性的概念126

5.1.2频率特性与传递函数的关系128

5.1.3频率特性图示方法129

5.2典型环节的频率特性131

5.3系统的开环频率特性137

5.3.1开环幅相频率特性（极坐标图）138

5.3.2开环对数频率特性（Bode图)141

5.3.3开环对数幅相频率特性（Nichols图）145

5.4 Nyquist稳定判据145

5.4.1数学基础145

5.4.2 Nyquist稳定判据147

5.4.3 Nyquist稳定判据在Bode图上的应用149

5.5系统的相对稳定性150

5.6系统的闭环频率特性153

5.7系统频域指标与时域指标的关系159

5.8频率特性的实验测定法161

5.9 MATLAB在频域分析中的应用164

5.9.1应用MATLAB绘制Bode图165

5.9.2应用MATLAB绘制Nyquist图167

本章小结170

习题171

第6章 控制系统的综合与校正174

6.1系统校正与综合概述174

6.1.1控制系统设计的步骤174

6.1.2性能指标175

6.1.3校正方式175

6.1.4校正方法176

6.2基本控制规律简介177

6.3常用校正装置及其特性179

6.3.1无源校正装置179

6.3.2有源校正装置184

6.4串联校正装置的频域设计186

6.4.1串联超前校正装置186

6.4.2串联滞后校正装置188

6.4.3串联滞后—超前校正190

6.5反馈校正193

6.6根轨迹法在系统校正中的应用197

6.6.1超前校正197

6.6.2串联滞后校正199

6.7 MATLAB在系统校正中的应用202

本章小结205

习题206

第7章 非线性控制系统分析208

7.1非线性系统的基本概念208

7.2常见非线性特性及其对系统运动的影响208

7.2.1饱和特性209

7.2.2死区特性209

7.2.3间隙特性209

7.2.4继电特性210

7.2.5非线性系统的分析方法210

7.3相平面法210

7.3.1相轨迹及其绘制方法211

7.3.2非线性系统的相平面分析219

7.4描述函数法224

7.4.1描述函数的概念224

7.4.2典型非线性特性的描述函数225

7.4.3用描述函数分析非线性系统231

本章小结234

习题234

第8章 线性离散系统236

8.1概述236

8.1.1离散控制系统的组成236

8.1.2离散控制系统的特点237

8.2信号的采样与采样定理237

8.2.1采样过程237

8.2.2采样定理238

8.2.3采样周期的选取240

8.3信号恢复240

8.4 Z变换243

8.4.1 Z变换的定义243

8.4.2 Z变换的求法243

8.4.3 Z变换的性质245

8.4.4 Z反变换247

8.5离散系统的数学模型249

8.5.1离散系统的线性差分方程249

8.5.2脉冲传递函数250

8.6离散控制系统分析257

8.6.1线性离散控制系统的稳定性分析257

8.6.2线性离散控制系统的动态性能分析262

8.6.3线性离散控制系统的稳态性能分析265

8.6.4 MATLAB在离散系统中的应用268

本章小结272

习题272

附 录 常用数学工具275

附1拉普拉斯变换275

附2 z变换280

参考文献283