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第一章 自动控制系统的基本概念1

1.1 绪论1

1.1.1 自动控制技术1

1.1.2 自动控制技术的发展概况1

1.1.3 自动控制理论2

1.2 自动控制的任务2

1.3 自动控制的基本方式3

1.3.1 按输入量操纵的开环控制4

1.3.2 按扰动补偿的开环控制5

1.3.3 按偏差调节的闭环控制6

1.3.4 复合控制7

1.4 闭环控制系统的组成和基本环节8

1.4.1 闭环控制系统结构框图8

1.4.2 闭环控制系统的基本环节8

1.4.3 控制系统中的专用术语9

1.5 自动控制系统的分类10

1.5.1 线性系统和非线性系统10

1.5.2 定常系统和时变系统11

1.5.3 连续系统与离散系统11

1.5.4 恒值系统、随动系统和程序控制系统11

1.6 自动控制系统的性能要求12

1.6.1 稳12

1.6.2 快12

1.6.3 准12

习题13

第二章 自动控制系统的数学模型14

2.1 控制系统微分方程的建立14

2.1.1 机械系统15

2.1.2 电路系统17

2.1.3 非线性微分方程小偏差线性化18

2.2 传递函数20

2.2.1 传递函数的概念20

2.2.2 传递函数的定义21

2.2.3 关于传递函数的几点说明22

2.2.4 典型环节的传递函数23

2.3 系统动态结构图28

2.3.1 动态结构图的组成28

2.3.2 系统动态结构图的建立29

2.3.3 传递函数和结构图的等效变换30

2.4 信号流图与梅森公式40

2.4.1 信号流图中的术语40

2.4.2 信号流图的绘制40

2.4.3 梅森公式（S.J.Mason）40

习题44

第三章 自动控制系统时域分析47

3.1 典型输入信号及性能指标47

3.1.1 典型输入信号47

3.1.2 典型初始状态51

3.1.3 典型时间响应51

3.1.4 阶跃响应性能指标52

3.2 一阶系统分析与计算54

3.2.1 一阶系统的数学模型54

3.2.2 一阶系统的单位阶跃响应54

3.2.3 一阶系统的单位阶跃响应的性能指标55

3.3 二阶系统分析与计算56

3.3.1 二阶系统的数学模型57

3.3.2 二阶系统的特征根及性质57

3.3.3 二阶系统的单位阶跃响应58

3.4 高阶系统的时域分析68

3.5 系统稳定性分析69

3.5.1 稳定的基本概念69

3.5.2 稳定的数学条件70

3.5.3 代数稳定判据72

3.6 系统稳态误差分析79

3.6.1 误差与稳态误差79

3.6.2 稳态误差计算80

3.6.3 系统型别81

3.6.4 输入信号xr（t）作用下的稳态误差与静态误差系数82

3.6.5 扰动信号xd（t）作用下的稳态误差86

习题87

第四章 根轨迹法91

4.1 根轨迹法的基本概念91

4.1.1 根轨迹概念91

4.1.2 根轨迹与系统性能92

4.1.3 闭环零、极点与开环零、极点之间的关系93

4.1.4 根轨迹方程94

4.2 根轨迹绘制的基本法则96

4.3 广义根轨迹114

4.3.1 参数根轨迹115

4.3.2 零度根轨迹116

4.4 控制系统的根轨迹分析120

4.4.1 用闭环零、极点表示的阶跃响应解析式120

4.4.2 闭环零、极点分布与阶跃响应的定性关系121

4.4.3 主导极点与偶极子的概念122

4.4.4 利用主导极点估算系统性能122

习题125

第五章 自动控制系统频域分析128

5.1 频率特性128

5.1.1 频率响应128

5.1.2 频率特性的定义130

5.2 频率特性的图解法133

5.2.1 极坐标频率特性图133

5.2.2 对数坐标频率特性图135

5.3 典型环节的频率特性137

5.4 系统开环频率特性的绘制145

5.4.1 开环幅相特性曲线的绘制145

5.4.2 开环对数频率特性的绘制149

5.4.3 最小相位系统和非最小相位系统152

5.5 频率域稳定判据153

5.5.1 奈奎斯特稳定性判据153

5.5.2 对数频率稳定判据159

5.5.3 频域法分析系统的相对稳定性161

5.6 开环频率特性分析系统性能162

5.6.1 L（ω）低频渐近线与系统稳态误差的关系163

5.6.2 L（ω）中频段特性与系统动态性能的关系163

5.6.3 L（ω）高频段对系统性能的影响167

5.7 闭环频率特性分析系统性能167

5.7.1 闭环频率特性167

5.7.2 闭环频域指标与时域指标的关系168

习题170

第六章 自动控制系统的校正173

6.1 控制系统校正的基本概念173

6.1.1 系统的性能指标173

6.1.2 系统的校正方式174

6.1.3 校正装置的设计方法175

6.2 串联校正176

6.2.1 相位超前校正176

6.2.2 相位滞后校正180

6.2.3 相位滞后-超前校正181

习题182

第七章 MATLAB在控制系统中的应用184

7.1 控制系统数学模型的MATLAB描述184

7.1.1 传递函数模型184

7.1.2 零极点模型185

7.1.3 MATLAB在系统方框图化简中的应用186

7.2 用MATLAB进行时域分析187

7.2.1 典型外作用的时域响应187

7.2.2 系统稳定性分析189

7.3 用MATLAB绘制系统的根轨迹图190

7.4 MATLAB在频域分析中的应用191

参考文献194