自动控制原理教程（第2版）

第1章绪论（1）
1.1自动控制理论及应用（1）
1.2自动控制理论的基本内容（1）
1.3自动控制系统的分类（2）
1.3.1按信号传递路径分类（2）
1.3.2按控制作用的特点分类（3）
1.3.3控制系统的其他类型（4）
1.4自动控制系统的基本组成（4）
1.5自动控制系统的基本要求（5）
1.6自动控制系统的分析和设计工具（6）
1.7控制系统实例（7）
小结（9）
习题1（9）
第2章控制系统的数学模型（12）
2.1控制系统的微分方程（12）
2.1.1列写控制系统微分方程的步骤（12）
2.1.2实例（12）
2.1.3线性定常微分方程的求解（14）
2.2控制系统的传递函数（15）
2.2.1传递函数（15）
2.2.2典型环节的传递函数（16）
2.2.3控制系统的传递函数（19）
2.3控制系统的动态结构图（20）
2.3.1动态结构图的概念和组成（20）
2.3.2几个基本概念及术语（20）
2.3.3动态结构图的绘制（22）
2.3.4动态结构图的化简（23）
2.4信号流图（26）
2.4.1信号流图的组成要素及其术语（26）
2.4.2信号流图的代数运算（27）
2.4.3信号流图的绘制（28）
2.4.4信号流图的梅逊公式（30）
2.5在MATLAB中系统数学模型的表示（31）
2.5.1传递函数模型（31）
2.5.2零、极点（ZPK）模型（32）
2.5.3控制系统数学模型之间的转换（33）
2.5.4系统的连接（34）
小结（36）
习题2（36）
第3章控制系统的时域分析（40）
3.1稳定性和代数稳定判据（40）
3.1.1稳定性的概念（40）
3.1.2线性系统稳定的充要条件（41）
3.1.3劳斯判据（42）
3.1.4控制系统的相对稳定性（45）
3.2控制系统的典型输入信号和时域性能指标（46）
3.2.1典型输入信号（46）
3.2.2时域性能指标（48）
3.3一阶系统的时域分析（49）
3.3.1一阶系统的数学模型和动态结构图（49）
3.3.2一阶系统的单位阶跃响应（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）
3.4二阶系统的时域分析（51）
3.4.1二阶系统的数学模型和动态结构图（51）
3.4.2二阶系统的单位阶跃响应（52）
3.4.3二阶系统的动态性能指标（54）
3.5高阶系统分析（58）
3.5.1高阶系统的瞬态响应（58）
3.5.2闭环主导极点（60）
3.6控制系统稳态误差分析（60）
3.6.1稳态误差定义（60）
3.6.2控制系统的类型（61）
3.6.3给定稳态误差的计算（61）
3.6.4扰动稳态误差的计算（64）
3.7基本控制规律的分析（66）
3.7.1比例（P）控制（66）
3.7.2积分（I）控制（67）
3.7.3比例加积分（PI）控制（67）
3.7.4比例加微分（PD）控制（68）
3.7.5比例加积分加微分（PID）控制（70）
3.8用MATLAB进行系统时域分析（70）
3.8.1应用MATLAB分析系统的稳定性（71）
3.8.2应用MATLAB进行部分分式展开（72）
3.8.3应用MATLAB分析系统的动态特性（73）
3.8.4应用MATLAB获得响应曲线和性能指标（79）
小结（80）
习题3（81）
第4章控制系统的根轨迹法（84）
4.1根轨迹的基本概念（84）
4.1.1根轨迹图（84）
4.1.2根轨迹的幅值条件和相位条件（85）
4.2绘制根轨迹的基本规则（86）
4.3控制系统性能的根轨迹法分析（97）
4.3.1确定闭环极点（97）
4.3.2系统闭环零、极点位置与系统瞬态响应的关系（98）
4.3.3增加开环零点、开环极点对根轨迹的影响（99）
4.4广义根轨迹及其他多种根轨迹（100）
4.4.1广义根轨迹（100）
4.4.2多回路系统的根轨迹绘制（101）
4.4.3正反馈回路的根轨迹（103）
4.5应用MATLAB进行根轨迹分析（105）
4.5.1绘制零、极点图（105）
4.5.2绘制基本根轨迹图（106）
4.5.3确定阻尼比轨迹、无阻尼自然振荡频率n轨迹和根轨迹上任意点的开环根轨迹增益（109）
小结（112）
习题4（112）
第5章控制系统的频率特性法（115）
5.1频率特性的基本概念（115）
5.1.1频率特性的定义（115）
5.1.2频率特性的性质（117）
5.1.3频率特性的表示方法（118）
5.2奈氏曲线（119）
5.2.1典型环节的奈氏曲线（120）
5.2.2系统开环奈氏曲线的绘制（123）
5.2.3奈氏曲线的一般绘制步骤（125）
5.3对数频率特性曲线（伯德图）（128）
5.3.1典型环节的伯德图（128）
5.3.2系统开环伯德图的绘制（134）
5.3.3最小相位系统（137）
5.4奈奎斯特稳定判据（138）
5.4.1系统开环与闭环零、极点间的关系（138）
5.4.2幅角定理（138）
5.4.3奈奎斯特稳定判据（139）
5.4.4奈奎斯特稳定判据在伯德图上的应用（144）
5.5控制系统的相对稳定性（145）
5.6频率特性与系统性能指标的关系（148）
5.6.1闭环频率特性及其性能指标（148）
5.6.2控制系统频域性能指标与时域性能指标的关系（149）
5.6.3开环对数幅频特性与系统动态性能的关系（152）
5.7用MATLAB进行频域分析（154）
小结（165）
习题5（165）
第6章控制系统的校正方法（169）
6.1系统校正的基本概念（169）
6.1.1性能指标（169）
6.1.2校正装置的设计方法（170）
6.1.3校正方式（170）
6.2串联校正（171）
6.2.1超前校正（171）
6.2.2滞后校正（176）
6.2.3滞后-超前校正（180）
6.2.4超前、滞后和滞后-超前校正的比较（182）
6.3串联校正的期望开环对数频率特性设计法（183）
6.4工程设计法（187）
6.5反馈校正（189）
6.6应用MATLAB进行系统校正与设计（194）
小结（203）
习题6（204）
第7章非线性控制系统分析（207）
7.1非线性控制系统的基本概念和特点（207）
7.1.1典型非线性特性（207）
7.1.2非线性系统的特点（209）
7.1.3非线性系统的研究方法（210）
7.2描述函数法（210）
7.2.1描述函数法的基本思想与应用前提（210）
7.2.2描述函数的定义（211）
7.2.3典型非线性环节的描述函数（212）
7.2.4组合非线性环节的描述函数（213）
7.2.5基于描述函数的非线性系统稳定性分析（214）
7.2.6非线性系统存在周期运动时的稳定性分析（214）
7.3相平面法（217）
7.3.1基本概念（217）
7.3.2相平面图绘制方法（217）
7.3.3相平面、相轨迹的特点（219）
7.3.4奇点和奇线（219）
7.3.5非线性系统的相平面法分析（222）
7.3.6非线性系统相平面分区线性化方法（223）
7.4应用MATLAB进行非线性控制系统分析（224）
7.4.1非线性系统的线性化（224）
7.4.2直接求解非线性微分方程（225）
7.4.3运用Simulink分析非线性系统时域响应（225）
小结（227）
习题7（228）
第8章采样控制系统分析（231）
8.1采样控制系统的基本概念（231）
8.1.1采样控制系统中的常用术语（231）
8.1.2采样控制系统的研究方法（232）
8.2采样过程和采样定理（232）
8.2.1采样控制系统的时间信号（232）
8.2.2信号采样及其数学描述（232）
8.2.3采样定理（234）
8.3信号的复现（235）
8.3.1信号保持器（235）
8.3.2零阶保持器（236）
8.3.3零阶保持器的实现（237）
8.4Z变换和脉冲传递函数（237）
8.4.1Z变换的定义（237）
8.4.2常用Z变换的方法（238）
8.4.3Z变换的基本定理（239）
8.4.4Z反变换（242）
8.4.5脉冲传递函数（244）
8.5采样控制系统的性能分析（250）
8.5.1采样控制系统的稳定性分析（250）
8.5.2采样控制系统的动态性能分析（254）
8.5.3采样控制系统的给定稳态误差（258）
8.6用MATLAB进行采样控制系统分析（261）
8.6.1利用MATLAB函数对采样控制系统进行分析（261）
8.6.2用Simulink对采样控制系统进行建模分析（263）
8.6.3采样控制系统的稳定性分析（263）
小结（264）
习题8（265）
附录A拉普拉斯变换（268）
A.1拉普拉斯变换的概念（268）
A.1.1拉普拉斯变换的定义式（268）
A.1.2常用函数的拉普拉斯变换（268）
A.2拉普拉斯变换的性质（269）
A.2.1线性性质（269）
A.2.2微分性质（269）
A.2.3积分性质（270）
A.2.4位移性质（270）
A.2.5延迟性质（270）
A.2.6相似性质（271）
A.2.7初值定理（271）
A.2.8终值定理（271）
A.3拉普拉斯反变换（272）
A.3.1F（s）的所有极点都是不相等的实数（272）
A.3.2F（s）的极点包含有共轭复数（273）
A.3.3F（s）的极点包含有相等的实数（273）
附录B常用函数的拉普拉斯变换与Z变换对照表（275）
附录CMATLAB简介（276）
C.1MATLAB概述（276）
C.2MATLAB的运行环境（276）
C.2.1MATLAB的运行方式（276）
C.2.2MATLAB的窗口（277）
C.2.3MATLAB的帮助系统（277）
C.3MATLAB的数值计算（278）
C.3.1MATLAB的数据类型（278）
C.3.2符号运算（279）
C.3.3矩阵运算（280）
C.3.4关系运算和逻辑运算（280）
C.4MATLAB的程序设计（281）
C.4.1M文件编程（281）
C.4.2程序流程的控制（282）
参考文献（283）