第1章 緒論 1.1 自動控制系統(tǒng)的基本原理 1.1.1 控制系統(tǒng)舉例 1.1.2 反饋控制系統(tǒng)的構成 1.2 自動控制系統(tǒng)的分類 1.2.1 按控制系統(tǒng)有無反饋分類 1.2.2 按控制作用的特點分類 1.3 控制理論發(fā)展簡史 1.4 本課程的教學方法 習題 第2章 控制系統(tǒng)的數學模型 2.1 控制系統(tǒng)的微分方程 2.1.1 線性系統(tǒng)與非線性系統(tǒng) 2.1.2 線性系統(tǒng)微分方程的列寫 2.1.3 系統(tǒng)非線性微分方程的線性化 2.2 傳遞函數 2.2.1 傳遞函數的定義 2.2.2 傳遞函數的主要特點 2.3 系統(tǒng)的方框圖及其簡化 2.3.1 控制系統(tǒng)的基本連接方式 2.3.2 擾動作用下的閉環(huán)控制系統(tǒng) 2.3.3 方框圖的繪制 2.3.4 方框圖的變換 2.3.5 方框圖的簡化 2.4 典型環(huán)節(jié)的傳遞函數 2.5 利用MATLAB建立控制系統(tǒng)數學模型 2.5.1 傳遞函數 2.5.2 控制系統(tǒng)的零極點模型 2.5.3 傳遞函數的特征根及零極點圖 2.5.4 控制系統(tǒng)的方框圖模型 本章小結 習題 第3章 時間響應分析 3.1 時間響應的基本概念 3.1.1 概念 3.1.2 時間響應的組成 3.1.3 典型輸入信號 3.2 一階系統(tǒng)的時間響應 3.2.1 一階系統(tǒng)的單位階躍響應 3.2.2 一階系統(tǒng)的單位脈沖響應 3.2.3 一階系統(tǒng)的單位斜坡響應 3.2.4 線性定常系統(tǒng)時間響應的性質 3.3 二階系統(tǒng)的時間響應 3.3.1 二階系統(tǒng)的單位階躍響應 3.3.2 二階系統(tǒng)的單位脈沖響應 3.4 瞬態(tài)響應的性能指標 3.5 誤差分析與計算 3.5.1 基本概念 3.5.2 穩(wěn)態(tài)誤差的計算 3.5.3 輸入信號作用下的穩(wěn)態(tài)誤差與系統(tǒng)的關系 3.5.4 干擾引起的穩(wěn)態(tài)誤差和系統(tǒng)的總誤差 3.6 基于MATLAB的控制系統(tǒng)時域分析 本章小結 習題 第4章 頻率特性分析 4.1 頻率特性的基本概念 4.1.1 頻率響應和頻率特性 4.1.2 頻率特性的求取方法 4.2 頻率特性的圖示法 4.2.1 頻率特性的極坐標圖 4.2.2 頻率特性的對數坐標圖 4.3 典型環(huán)節(jié)的頻率特性 4.3.1 比例環(huán)節(jié) 4.3.2 慣性環(huán)節(jié) 4.3.3 積分環(huán)節(jié) 4.3.4 微分環(huán)節(jié) 4.3.5 振蕩環(huán)節(jié) 4.3.6 延遲環(huán)節(jié) 4.3.7 一階微分環(huán)節(jié) 4.3.8 二階微分環(huán)節(jié) 4.4 系統(tǒng)開環(huán)頻率特性 4.4.1 系統(tǒng)的開環(huán)Bode圖的繪制 4.4.2 系統(tǒng)開環(huán)Nyquist圖的繪制 4.4.3 開環(huán)頻率特性與閉環(huán)系統(tǒng)性能的關系 4.5 最小相位系統(tǒng) 4.5.1 最小相位系統(tǒng)的定義 4.5.2 最小相位系統(tǒng)的特點 4.6 系統(tǒng)閉環(huán)頻率特性 4.6.1 閉環(huán)頻率特性 4.6.2 頻率特性的特征量 4.6.3 二階系統(tǒng)的頻域性能指標 4.7 頻率實驗法估計系統(tǒng)的數學模型 4.7.1 頻率實驗法一般步驟 4.7.2 舉例 4.8 利用MATLAB進行控制系統(tǒng)的頻率分析 本章小結 習題 第5章 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性 5.1 系統(tǒng)穩(wěn)定的條件 5.1.1 穩(wěn)定性的概念 5.1.2 系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件 5.2 Routh穩(wěn)定判據 5.2.1 Routh表 5.2.2 Routh穩(wěn)定判據 5.2.3 Routh表首列構成的四種情形 5.3 Nyquist穩(wěn)定判據 5.3.1 理論基礎 5.3.2 Nyquist軌跡及其映射 5.3.3 Nyquist穩(wěn)定判據 5.3.4 應用舉例 5.4 穩(wěn)定性裕量 5.4.1 相位裕量 5.4.2 幅值裕量 5.4.3 幾點說明 5.5 利用MATLAB進行控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 本章小結 習題 第6章 系統(tǒng)的綜合與校正 6.1 概述 6.1.1 控制系統(tǒng)的性能指標 6.1.2 控制系統(tǒng)的校正 6.2 串聯校正 6.2.1 相位超前校正 6.2.2 相位滯后校正 6.2.3 相位滯后-超前校正 6.3 反饋和順饋校正 6.3.1 反饋校正 6.3.2 順饋校正 6.4 PID控制器 6.4.1 PD控制器 6.4.2 PID控制器設計 6.4.3 PID控制器 6.5 利用MATLAB進行控制系統(tǒng)的校正 6.5.1 相位超前校正 6.5.2 相位滯后校正 6.5.3 相位滯后-超前校正 6.5.4 PID校正 本章小結 習題 第7章 根軌跡法 7.1 根軌跡的基本概念 7.1.1 根軌跡的定義 7.1.2 閉環(huán)零、極點與開環(huán)零、極點的關系 7.1.3 根軌跡方程 7.2 根軌跡的繪制 7.2.1 繪制根軌跡的基本條件 7.2.2 繪制規(guī)則 7.2.3 繪制舉例 7.3 參數根軌跡 7.4 多回路根軌跡 7.5 零度根軌跡 7.5.1 局部正反饋回路的根軌跡 7.5.2 非最小相位系統(tǒng)零度根軌跡 7.6 延遲系統(tǒng)根軌跡 7.6.1 繪制延遲系統(tǒng)根軌跡的條件 7.6.2 繪制延遲系統(tǒng)根軌跡的基本規(guī)則 7.7 控制系統(tǒng)根軌跡分析方法 7.7.1 利用根軌跡確定系統(tǒng)參數 7.7.2 利用閉環(huán)主導極點估算系統(tǒng)的性能指標 7.7.3 用根軌跡分析系統(tǒng)的動態(tài)性能 7.7.4 用根軌跡分析系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能 7.7.5 開環(huán)零點、極點分布對系統(tǒng)性能的影響 7.8 利用MATLAB進行控制系統(tǒng)根軌跡分析 7.8.1 繪制根軌跡的MATLAB函數 7.8.2 用MATLAB繪制多回路根軌跡和求高階代數方程的根 本章小結 習題 第8章 非線性系統(tǒng) 8.1 非線性系統(tǒng)的基本概念 8.1.1 典型的非線性特性 8.1.2 非線性系統(tǒng)的特殊性 8.1.3 非線性控制系統(tǒng)的分析研究方法 8.2 描述函數法 8.2.1 描述函數法的基本概念 8.2.2 典型非線性特性的描述函數 8.2.3 用描述函數法分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性 8.3 相平面法 8.3.1 相平面的基本概念 8.3.2 相軌跡的繪制方法 8.3.3 由相軌跡求時間信息 8.4 相平面分析 8.4.1 線性系統(tǒng)的相平面分析 8.4.2 非線性系統(tǒng)的相平面分析 8.5 非線性系統(tǒng)的仿真分析 8.6 利用Simulink進行非線性系統(tǒng)的分析設計 本章小結 習題 第9章 采樣控制系統(tǒng) 9.1 概述 9.2 采樣過程及采樣定理 9.2.1 采樣過程 9.2.2 采樣定理 9.3 保持器 9.3.1 信號的恢復 9.3.2 零階保持器 9.3.3 一階保持器 9.4 采樣系統(tǒng)的數學模型 9.4.1 差分方程 9.4.2 脈沖傳遞函數 9.5 采樣系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 9.5.1 采樣系統(tǒng)穩(wěn)定的條件 9.5.2 代數判據 9.5.3 采樣系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差 9.5.4 采樣系統(tǒng)的動態(tài)性能分析 9.5.5 采樣系統(tǒng)的校正 9.6 利用MATLAB進行采樣控制系統(tǒng)分析 9.6.1 z變換與z反變換 9.6.2 采樣控制系統(tǒng)設計 本章小結 習題 附錄 附錄A 拉普拉斯變換 附錄B z變換 附錄C 機械控制工程虛擬實驗系統(tǒng) 參考文獻