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目录1

序1

前言1

第1章 绪论1

知识点1

1.1 引言1

1.1.1 自动控制技术及应用1

1.1.2 自动控制理论的发展2

1.2 自动控制技术中的基本控制方式3

1.2.1 开环控制3

1.2.2 闭环控制4

1.2.3 其他控制方式7

1.3 自动控制系统的组成9

1.3.1 自动控制系统基本职能元件9

8.4.2 基础部分 210

1.3.2 自动控制的基本术语10

1.3.3 方框图的建立11

1.4.2 按系统特性分类12

1.4 自动控制系统的分类12

1.4.1 按给定值分类12

1.4.3 按系统信号形式分类13

1.5 自动控制系统的基本要求14

1.5.1 稳定性14

1.5.2 快速性14

1.5.3 准确性14

1.7.2 基础部分15

1.7 本章要点及习题15

1.7.1 本章要点15

1.6 本课程的性质和任务15

1.7.3 提高部分16

第2章 控制系统的数学模型17

知识点17

2.1 微分方程17

2.1.1 系统微分方程的建立17

2.1.2 建立微分方程的步骤22

2.2 Laplace变换基础22

2.2.1 拉氏变换的概念22

2.2.2 常用函数的拉氏变换23

2.2.3 拉氏变换的基本定理23

2.3 传递函数24

2.3.1 传递函数的定义24

2.3.2 传递函数的性质25

2.4 典型环节及传递函数25

2.4.1 比例环节26

2.4.2 积分环节26

2.4.3 惯性环节27

2.4.4 理想微分环节28

2.4.5 比例微分环节28

2.4.6 振荡环节29

2.4.7 延迟环节30

2.5 动态结构图31

2.5.1 动态结构图的组成31

2.5.2 动态结构图的建立32

2.6 动态结构图的等效变换34

2.6.1 动态结构图的等效变换法则34

2.6.2 动态结构图的等效变换举例36

2.7 自动控制系统的传递函数38

2.7.1 闭环控制系统的开环传递函数38

2.7.2 闭环传递函数39

2.8.1 本章要点40

2.8 本章要点及习题40

2.8.2 基础部分41

2.8.3 提高部分42

第3章 时域分析法44

知识点44

3.1 典型输入信号44

3.1.1 阶跃函数44

3.1.2 斜坡函数45

3.1.3 抛物线函数45

3.1.4 脉冲函数46

3.1.5 正弦函数46

3.2 阶跃响应的性能指标47

3.2.1 上升时间47

3.2.2 延迟时间48

3.2.3 超调量48

3.2.4 调节时间48

3.2.5 峰值时间48

3.3.1 一阶系统的数学模型49

3.3.2 一阶系统的单位阶跃响应49

3.2.6 稳态误差49

3.3 一阶系统的时域分析49

3.3.3 一阶系统的单位斜坡响应50

3.3.4 一阶系统的单位脉冲响应51

3.4.2 二阶系统的工作状态52

3.4 二阶系统的时域分析52

3.4.1 二阶系统的数学模型52

3.4.3 欠阻尼二阶系统的单位阶跃响应53

3.4.4 临界阻尼二阶系统的单位阶跃响应54

3.4.5 典型二阶系统的性能指标55

3.5 线性定常系统的稳定性56

3.5.1 稳定性定义57

3.5.2 稳定的条件57

3.5.3 稳定的判断依据59

3.6 稳态误差计算62

3.6.1 误差和稳态误差63

3.6.2 稳态误差的计算64

3.6.3 系统的类型65

3.7 本章要点及习题67

3.7.1 本章要点67

3.7.2 基础部分67

3.7.3 提高部分68

第4章 根轨迹分析法70

知识点70

4.1 根轨迹的基本概念70

4.1.1 根轨迹的概念70

4.1.2 根轨迹与系统性能71

4.1.3 闭环零、极点与开环零、极点的关系72

4.1.4 根轨迹方程及绘制条件72

4.2.1 绘制根轨迹的基本规则73

4.2 根轨迹绘制的基本规则73

4.2.2 根轨迹绘制举例78

4.3.1 参数根轨迹82

4.3 广义根轨迹82

4.3.2 零度根轨迹83

4.4 本章要点及习题84

4.4.1 本章要点84

4.4.2 基础部分85

4.4.3 提高部分86

5.1 频率特性的基本概念88

5.1.1 频率特性的定义88

知识点88

第5章 频率特性分析法88

5.1.2 频率特性的表示法90

5.2 典型环节频率特性92

5.2.1 比例环节93

5.2.2 积分环节94

5.2.3 惯性环节95

5.2.4 微分环节96

5.2.5 一阶微分环节96

5.2.6 二阶微分环节97

5.2.7 振荡环节98

5.3 系统开环频率特性的绘制100

5.3.1 概略开环幅相曲线的绘制101

5.3.2 开环对数频率特性曲线的绘制103

5.3.3 根据频率特性确定传递函数105

5.4 奈奎斯特稳定判断依据107

5.4.2 奈奎斯特稳定判断依据107

5.4.1 系统开环特征式和闭环特征式107

5.5 稳定裕度109

5.6 三段频与系统的关系111

5.7 本章要点及习题112

5.7.1 本章要点112

5.7.2 基础部分113

5.7.3 提高部分114

6.1 校正的基本概念118

6.1.1 性能指标118

知识点118

第6章 自动控制系统的校正118

6.1.2 系统的校正119

6.2 工程常用校正控制规律120

6.2.1 P控制（比例控制）120

6.2.2 PD控制（比例＋微分）120

6.2.3 PI控制（比例＋积分）121

6.2.4 PID控制（比例＋积分＋微分）121

6.3 基于频率法的串联校正设计122

6.3.1 基于频率特性的串联超前校正122

6.3.2 基于频率特性的串联滞后校正126

6.3.3 基于频率特性的串联滞后-超前校正129

6.3.4 按期望特性进行串联校正131

6.4 基于根轨迹法的串联校正设计133

6.4.1 基于根轨迹的串联超前校正133

6.4.2 基于根轨迹的串联滞后校正137

6.4.3 基于根轨迹的滞后-超前校正140

6.5 应用MATLAB进行校正设计144

6.6 本章要点及习题152

6.6.1 本章要点152

6.6.2 基础部分152

6.6.3 提高部分153

第7章 离散控制系统154

知识点154

7.1 离散控制系统基本概念154

7.1.1 采样控制系统154

7.1.2 数字控制系统155

7.2 信号的采样与复现155

7.2.1 香农采样定理155

7.2.2 零阶保持器的原理160

7.3 离散控制系统的数学模型163

7.3.1 差分方程163

7.3.2 z变换与反z变换164

7.3.3 脉冲传递函数的定义168

7.3.4 开环系统的脉冲传递函数169

7.3.5 闭环系统的脉冲传递函数172

7.4 离散系统的性能分析177

7.4.1 离散系统的稳定性分析177

7.4.2 离散系统稳定性的代数判断依据180

7.4.3 离散系统的稳态误差185

7.4.4 离散系统的动态性能188

7.5 应用MATLAB进行离散系统分析195

7.6 本章要点及习题198

7.6.1 本章要点198

7.6.2 基础部分199

7.6.3 提高部分201

第8章 现代控制理论初步203

知识点203

8.1 状态空间法的基本概念203

8.1.1 状态与状态变量203

8.1.2 状态向量与状态空间204

8.2 状态空间描述205

8.2.1 状态变量的选取205

8.2.2 线性系统的状态空间描述207

8.3 能控性和能观测性207

8.3.1 线性系统的能控性208

8.3.2 线性系统的能控性判断依据208

8.3.3 线性系统的能观测性209

8.3.4 线性系统的能观测性判断依据209

8.4 本章要点及习题210

8.4.1 本章要点210

8.4.3 提高部分211

参考文献212