目錄

前言(ⅰ)

第1章自動控制的一般概念(1)

1.1自動控制理論發(fā)展概述(1)

1.2自動控制和自動控制系統(tǒng)的基本概念(3)

1.2.1控制(3)

1.2.2人工控制(4)

1.2.3自動控制(5)

1.2.4開環(huán)控制和閉環(huán)控制(5)

1.3自動控制系統(tǒng)的分類(6)

1.3.1恒值系統(tǒng)、隨動系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)(7)

1.3.2定常系統(tǒng)和時變系統(tǒng)(7)

1.3.3連續(xù)系統(tǒng)和斷續(xù)系統(tǒng) (7)

1.3.4有差系統(tǒng)和無差系統(tǒng)(8)

1.4閉環(huán)系統(tǒng)的組成及性能要求(9)

1.4.1閉環(huán)系統(tǒng)舉例(9)

1.4.2閉環(huán)系統(tǒng)的組成(11)

1.4.3對控制系統(tǒng)的一般要求(12)

1.5本課程的研究內(nèi)容(13)

小結(jié)(13)

習題(14)

第2章控制系統(tǒng)的數(shù)學模型(17)

2.1元件和系統(tǒng)運動方程的建立(17)

2.2運動方程的線性化(21)

2.2.1小偏差線性化的基本概念(21)

2.2.2小偏差線性化舉例(22)

2.2.3注意事項(25)

2.3傳遞函數(shù)(26)

2.3.1傳遞函數(shù)的定義(26)

2.3.2傳遞函數(shù)的運算(29)

2.4控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)(31)

2.4.1系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)(32)

2.4.2被控制信號c(t)對輸入信號r(t)的閉環(huán)傳遞函數(shù)(32)

2.4.3被控制信號c(t)對擾動信號f(t)的閉環(huán)傳遞函數(shù)(33)

2.4.4偏差信號e(t)對輸入信號r(t)的閉環(huán)傳遞函數(shù)(34)

2.4.5偏差信號e(t)對擾動信號f(t)的閉環(huán)傳遞函數(shù)(35)

2.5控制系統(tǒng)的方框圖及其簡化(36)

2.5.1方框圖的基本概念(36)

2.5.2繪制方框圖的步驟及方框圖的特點(36)

2.5.3方框圖的簡化(38)

2.6信號流圖(42)

2.6.1信號流圖中使用的術(shù)語(42)

2.6.2信號流圖的性質(zhì)(43)

2.6.3信號流圖的運算法則(44)

2.6.4控制系統(tǒng)的信號流圖(45)

2.6.5信號流圖的梅森增益公式(47)

2.7脈沖響應(50)

2.7.1基本概念(50)

2.7.2脈沖響應函數(shù)與閉環(huán)傳遞函數(shù)的關(guān)系(51)

2.7.3脈沖響應的寬度與系統(tǒng)性能的關(guān)系(52)

2.7.4脈沖響應的用途(53)

小結(jié)(53)

習題(53)

第3章線性系統(tǒng)的時域分析(58)

3.1典型輸入信號(58)

3.1.1典型輸入信號(58)

3.1.2為什么選這五種信號作為典型信號(60)

3.1.3單位階躍信號引起重視的原因(60)

3.2一階系統(tǒng)的時域分析(61)

3.2.1一階系統(tǒng)的數(shù)學模型(61)

3.2.2一階系統(tǒng)的階躍響應(61)

3.3二階系統(tǒng)的時域分析(63)

3.3.1二階系統(tǒng)傳遞函數(shù)的標準形式(63)

3.3.2二階系統(tǒng)的階躍響應(64)

3.3.3欠阻尼二階系統(tǒng)的性能指標(67)

3.3.4初始條件不為零時二階系統(tǒng)的響應過程(70)

3.3.5具有閉環(huán)零點時二階系統(tǒng)的單位階躍響應(73)

3.4高階系統(tǒng)的時域分析(74)

3.4.1三階系統(tǒng)的單位階躍響應(74)

3.4.2高階系統(tǒng)的響應分析(77)

3.5線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性(78)

3.5.1穩(wěn)定性的定義(78)

3.5.2穩(wěn)定的條件(78)

3.5.3勞斯（Routh）穩(wěn)定判據(jù)(79)

3.6反饋系統(tǒng)的誤差(82)

3.6.1誤差(82)

3.6.2穩(wěn)態(tài)誤差與動態(tài)誤差(83)

3.6.3誤差與偏差(84)

3.7反饋系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差計算(84)

3.7.1穩(wěn)態(tài)誤差的計算(84)

3.7.2誤差系數(shù)(88)

3.7.3消除反饋系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的措施(93)

3.8復合控制的誤差分析(98)

3.8.1復合控制的基本概念(98)

3.8.2順饋補償(99)

3.8.3復合控制的誤差及穩(wěn)定性分析(102)

3.9基于MATLAB的控制系統(tǒng)時域分析(104)

3.9.1利用MATLAB繪制控制系統(tǒng)在各種輸入下的(104)

3.9.2利用MATLAB求出系統(tǒng)階躍響應的動態(tài)性能指標(105)

3.9.3利用MATLAB分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性(106)

小結(jié)(107)

習題(108)

第4章線性系統(tǒng)的根軌跡法(118)

4.1根軌跡法的基本概念(118)

4.1.1根軌跡的概念(118)

4.1.2根軌跡與系統(tǒng)的性能(119)

4.1.3根軌跡方程(120)

4.2根軌跡繪制的基本法則(122)

4.3廣義根軌跡(137)

4.3.1參數(shù)根軌跡(137)

4.3.2零度根軌跡(138)

4.4基于MATLAB的系統(tǒng)根軌跡分析(142)

4.4.1根軌跡的繪制(142)

4.4.2等線與等n圓(144)

4.4.3線性系統(tǒng)的根軌跡分析(147)

4.4.4增加開環(huán)零、極點對根軌跡的影響(150)

小結(jié)(155)

習題(155)

第5章線性系統(tǒng)的頻域分析(158)

5.1頻率特性的一般概念(158)

5.1.1線性定常系統(tǒng)對正弦輸入的響應(158)

5.1.2頻率特性的求法(160)

5.1.3頻率特性的物理意義(161)

5.1.4頻率特性的幾何表示(161)

5.2系統(tǒng)的開環(huán)幅相頻率特性圖(162)

5.2.1幅相頻率特性圖的基本概念(162)

5.2.2典型環(huán)節(jié)的幅相頻率特性(163)

5.2.3幅相頻率特性圖的大致形狀(167)

5.2.4幅相頻率特性的畫法(169)

5.3對數(shù)頻率特性(171)

5.3.1對數(shù)頻率特性伯德圖(171)

5.3.2對數(shù)幅相圖尼柯爾斯圖(181)

5.4開環(huán)系統(tǒng)與閉環(huán)系統(tǒng)的頻率響應(182)

5.4.1開環(huán)系統(tǒng)的頻率響應(182)

5.4.2閉環(huán)系統(tǒng)的頻率響應(188)

5.5奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)及其應用(197)

5.5.1奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)(198)

5.5.2對數(shù)奈氏判據(jù)(205)

5.5.3應用奈氏判據(jù)分析閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性舉例(206)

5.6控制系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性(208)

5.6.1相對穩(wěn)定性的基本概念(209)

5.6.2系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性分析舉例(211)

5.7頻域指標與時域指標間的關(guān)系(213)

5.7.1閉環(huán)幅頻特性與時域穩(wěn)態(tài)誤差之間的關(guān)系(213)

5.7.2頻域動態(tài)性能指標與時域動態(tài)指標的關(guān)系(216)

小結(jié)(220)

習題(221)

第6章控制系統(tǒng)的綜合與校正(226)

6.1概述(226)

6.1.1幾個基本概念(226)

6.1.2輸入信號與控制系統(tǒng)帶寬(227)

6.1.3基本控制規(guī)律分析(228)

6.2超前校正(232)

6.2.1超前校正及超前校正元件的特性(232)

6.2.2超前校正舉例(235)

6.2.3超前校正小結(jié)(240)

6.3滯后校正(241)

6.3.1滯后校正及滯后校正元件的特性(241)

6.3.2滯后校正舉例(242)

6.3.3滯后校正小結(jié)(245)

6.4滯后超前校正(246)

6.4.1滯后超前校正及滯后超前校正元件的特性(246)

6.4.2滯后超前校正舉例(247)

6.4.3滯后超前校正小結(jié)(250)

6.5希望對數(shù)頻率特性(250)

6.5.1幾個基本概念(250)

6.5.2希望特性校正舉例(251)

6.5.3希望特性校正小結(jié)(254)

6.6反饋校正(254)

6.6.1反饋作用的特點(255)

6.6.2反饋校正的簡化方框圖(257)

6.6.3反饋校正舉例(258)

6.6.4反饋環(huán)節(jié)的實現(xiàn)(261)

6.6.5小結(jié)(262)

6.7根軌跡法校正(262)

6.7.1串聯(lián)超前校正(263)

6.7.2串聯(lián)滯后校正(265)

6.7.3串聯(lián)滯后超前校正(267)

小結(jié)(270)

習題(270)

第7章非線性控制系統(tǒng)分析(277)

7.1非線性控制系統(tǒng)一般分析(277)

7.1.1典型的非線性特性(278)

7.1.2非線性控制系統(tǒng)的特點(280)

7.1.3非線性系統(tǒng)的分析與設計方法(282)

7.2相平面法(283)

7.2.1相平面的基本概念(283)

7.2.2相軌跡的特性(283)

7.2.3相軌跡的繪制(285)

7.3二階系統(tǒng)的相平面分析(290)

7.3.1奇點及奇點的類型(291)

7.3.2奇線及奇線的極限環(huán)的存在形式(294)

7.3.3非線性系統(tǒng)的相平面分析(296)

7.4描述函數(shù)法(303)

7.4.1描述函數(shù)的基本概念(303)

7.4.2典型非線性特性的描述函數(shù)(305)

7.4.3非線性系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖的等效變換(309)

7.5非線性系統(tǒng)的描述函數(shù)分析(312)

7.5.1變增益線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析(312)

7.5.2非線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析(312)

7.6基于MATLAB的非線性控制系統(tǒng)分析(317)

小結(jié)(322)

習題(323)

第8章采樣控制系統(tǒng)(328)

8.1采樣控制系統(tǒng)概述(328)

8.2信號采樣過程和采樣定理(329)

8.2.1采樣過程與采樣信號的數(shù)學描述(329)

8.2.2采樣定理(331)

8.3信號保持(333)

8.3.1零階保持器(333)

8.3.2一階保持器(335)

8.4Z變換理論(335)

8.4.1Z變換定義(335)

8.4.2Z變換方法(336)

8.4.3Z變換性質(zhì)(338)

8.4.4逆Z變換(340)

8.4.5Z變換解差分方程(342)

8.5脈沖傳遞函數(shù)(344)

8.5.1脈沖傳遞函數(shù)的概念(344)

8.5.2開環(huán)系統(tǒng)脈沖傳遞函數(shù)(347)

8.5.3閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)(348)

8.6采樣系統(tǒng)分析(351)

8.6.1穩(wěn)定性分析(351)

8.6.2穩(wěn)定性判據(jù)(353)

8.6.3動態(tài)特性分析(356)

8.6.4穩(wěn)態(tài)誤差分析(359)

8.7采樣系統(tǒng)的數(shù)字控制器設計(362)

8.7.1最少拍采樣控制系統(tǒng)的設計(362)

8.7.2數(shù)字PID控制器(366)

8.8基于MATLAB的采樣控制系統(tǒng)分析(371)

小結(jié)(376)

習題(377)

附錄Ⅰ自動控制原理專業(yè)詞匯中英文對照表(380)

附錄Ⅱ常用校正裝置及其特性(382)

附錄Ⅲ拉氏變換表與相關(guān)性質(zhì)(386)

附錄Ⅳ串聯(lián)校正的MATLAB應用程序(388)

參考文獻(398)