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第1章 绪论1

1.1控制与反馈控制1

1.2开环控制和闭环控制3

1.2.1开环控制3

1.2.2闭环控制4

1.3控制系统的分类5

1.4控制理论的发展历程6

1.5控制系统的性能基本要求和设计8

1.5.1对控制系统性能的基本要求8

1.5.2控制系统的设计问题9

习题10

第2章 系统的数学模型11

2.1概述11

2.2系统的微分方程12

2.2.1系统的微分方程12

2.2.2非线性微分方程的线性化15

2.3系统的状态方程17

2.3.1基本概念18

2.3.2线性系统状态空间表达式的建立20

2.4系统的传递函数23

2.4.1传递函数的定义和特性23

2.4.2传递函数的计算25

2.4.3传递函数的基本形式26

2.4.4典型环节的传递函数27

2.5控制系统的方框图31

2.5.1方框图的建立31

2.5.2方框图的等效变换32

2.5.3梅逊公式37

2.6控制系统的传递函数40

2.7系统数学模型的MATLAB建模42

2.7.1传递函数的MATLAB建模43

2.7.2状态空间表达式的MATLAB建模46

习题49

第3章 系统的时域分析55

3.1概述55

3.2系统的典型输入信号55

3.3系统时域响应的求解58

3.3.1基于微分方程求解时域响应58

3.3.2基于状态方程求解时域响应59

3.3.3基于传递函数求解时域响应63

3.4系统的时域性能指标64

3.4.1系统输出响应的时间历程64

3.4.2系统的动态性能指标65

3.4.3系统的稳态性能指标66

3.5系统的时域性能分析67

3.5.1一阶系统的时域分析67

3.5.2二阶系统的时域分析69

3.5.3高阶系统的时域分析75

3.6控制系统的稳态误差78

3.6.1稳态误差的概念78

3.6.2系统的类型79

3.6.3系统稳态误差的计算80

3.6.4提高系统稳态精度的方法84

3.7系统的稳定性分析86

3.7.1稳定性概念86

3.7.2系统稳定的条件87

3.7.3系统稳定性的劳斯判据90

3.7.4劳斯判据的应用93

3.8系统的可控性与可观性94

3.8.1可控性及其判断95

3.8.2可观性及其判断98

3.8.3系统传递函数与可控性、可观性的关系101

3.9系统时域性能的MATLAB分析101

习题111

第4章 系统的根轨迹分析115

4.1根轨迹的基本概念115

4.2根轨迹的基本条件与绘制规则116

4.2.1根轨迹的基本条件116

4.2.2绘制根轨迹的规则118

4.3系统的根轨迹绘制126

4.3.1最小相位系统的根轨迹126

4.3.2系统的参量根轨迹127

4.3.3零度根轨迹128

4.4控制系统的根轨迹分析132

4.4.1增加开环零、极点对根轨迹的影响132

4.4.2系统性能的根轨迹分析134

4.5系统根轨迹的MATLAB分析138

习题139

第5章 控制系统的频域分析141

5.1系统的频率特性141

5.2控制系统的频率特性图143

5.2.1系统的极坐标图144

5.2.2系统的对数频率特性图151

5.3基于系统开环频域特性的奈奎斯特稳定判据160

5.3.1系统的奈奎斯特稳定条件160

5.3.2基于对数频率特性图的系统稳定性判据166

5.4系统的相对稳定性168

5.5系统的频域性能指标170

5.5.1开环频率特性与闭环频率特性的关系171

5.5.2频域性能指标172

5.5.3频域性能指标与时域性能指标的关系173

5.6 MATLAB在系统频域特性分析中的应用174

5.6.1控制系统的频域特性175

5.6.2频域响应分析的MATLAB实现176

习题179

第6章 控制系统的设计183

6.1概述183

6.2串联超前校正185

6.2.1超前校正装置185

6.2.2基于根轨迹的超前校正186

6.2.3基于频率响应法的超前校正190

6.3串联滞后校正192

6.3.1滞后校正装置192

6.3.2基于根轨迹法的滞后校正193

6.3.3基于频域分析法的滞后校正196

6.4串联滞后-超前校正197

6.4.1滞后-超前校正装置197

6.4.2基于根轨迹法的滞后-超前校正198

6.4.3基于频域分析法的滞后-超前校正201

6.5 PID控制方法204

6.5.1 PID控制方法204

6.6状态反馈与极点配置210

6.6.1状态反馈211

6.6.2极点配置方法212

6.7应用MATLAB进行控制系统设计214

习题217

第7章 离散控制系统的基础理论221

7.1概述221

7.2信号的采样与复现223

7.2.1信号的采样223

7.2.2信号的复现226

7.3 Z变换与Z反变换228

7.4离散系统的数学模型234

7.4.1差分方程234

7.4.2离散系统的状态空间表达式237

7.4.3脉冲传递函数239

7.5离散系统的时域分析244

7.5.1离散系统的时域性能分析244

7.5.2离散系统的稳定性分析248

7.5.3离散系统的稳态误差252

7.6离散系统的根轨迹分析255

7.7离散系统的频域分析256

7.7.1离散系统的频率特性256

7.7.2离散系统的频率特性分析258

7.8离散控制系统的设计259

7.8.1离散系统的PID控制260

7.8.2最少拍控制系统设计260

7.9离散系统的MATLAB分析与设计265

7.9.1连续系统的离散化265

7.9.2离散系统的数学模型266

7.9.3离散系统的分析267

7.9.4离散控制器的设计272

习题274

附录A278

参考文献284