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 30

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 39

2.7系统数学模型的MATLAB建模 42

2.7.1传递函数的MATLAB建模 42

2.7.2状态空间表达式的MATLAB建模 45

习题 49

第3章系统的时域分析 54

3.1概述 54

3.2系统的典型输入信号 54

3.3系统时域响应的求解 57

3.3.1基于微分方程求解时域响应 57

3.3.2基于状态方程求解时域响应 58

3.3.3基于传递函数求解时域响应 62

3.4系统的时域性能指标 63

3.4.1系统输出响应的时间历程 63

3.4.2系统的动态性能指标 64

3.4.3系统的稳态性能指标 65

3.5系统的时域性能分析 65

3.5.1一阶系统的时域分析 65

3.5.2二阶系统的时域分析 68

3.5.3高阶系统的时域分析 74

3.6控制系统的稳态误差 77

3.6.1稳态误差的概念 77

3.6.2系统的类型 78

3.6.3系统稳态误差的计算 79

3.6.4提高系统稳态精度的方法 83

3.7系统的稳定性分析 85

3.7.1稳定性概念 85

3.7.2系统稳定的条件 86

3.7.3系统稳定性的劳斯判据 89

3.7.4劳斯判据的应用 92

3.8系统的可控性与可观性 93

3.8.1可控性及其判断 94

3.8.2可观性及其判断 97

3.8.3系统传递函数与可控性、可观性的关系 100

3.9系统时域性能的MATLAB分析 100

习题 110

第4章系统的根轨迹分析 114

4.1根轨迹的基本概念 114

4.2根轨迹的基本条件与绘制规则 115

4.2.1根轨迹的基本条件 115

4.2.2绘制根轨迹的规则 117

4.3系统的根轨迹绘制 125

4.3.1最小相位系统的根轨迹 125

4.3.2系统的参量根轨迹 126

4.3.3零度根轨迹 127

4.4控制系统的根轨迹分析 130

4.4.1增加开环零极点对根轨迹的影响 130

4.4.2系统性能的根轨迹分析 133

4.5系统根轨迹的MATLAB分析 137

习题 138

第5章控制系统的频域分析 140

5.1系统的频率特性 140

5.2控制系统的频率特性图 142

5.2.1系统的极坐标图 143

5.2.2系统的对数频率特性图 149

5.3基于系统开环频域特性的奈奎斯特稳定判据 159

5.3.1系统的奈奎斯特稳定条件 159

5.3.2基于对数频率特性图的系统稳定性判据 165

5.4系统的相对稳定性 167

5.5系统的频域性能指标 169

5.5.1开环频率特性与闭环频率特性的关系 170

5.5.2频域性能指标 171

5.5.3频域性能指标与时域性能指标的关系 172

5.6MATLAB在系统频域特性分析中的应用 173

5.6.1控制系统的频域特性 174

5.6.2频域响应分析的MATLAB实现 175

习题 178

第6章控制系统的设计 182

6.1概述 182

6.2串联超前校正 184

6.2.1超前校正装置 184

6.2.2基于根轨迹的超前校正 185

6.2.3基于频率响应法的超前校正 189

6.3串联滞后校正 191

6.3.1滞后校正装置 191

6.3.2基于根轨迹法的滞后校正 192

6.3.3基于频域分析法的滞后校正 195

6.4串联滞后－超前校正 196

6.4.1滞后超前校正装置 196

6.4.2基于根轨迹法的滞后超前校正 197

6.4.3基于频域分析法的滞后超前校正 200

6.5PID控制 203

6.5.1PID控制方法 203

6.6状态反馈与极点配置 209

6.6.1状态反馈 210

6.6.2极点配置方法 211

6.7应用MATLAB进行控制系统设计 213

习题 216

第7章离散控制系统的基础理论 220

7.1概述 220

7.2信号的采样与复现 222

7.2.1信号的采样 222

7.2.2信号的复现 225

7.3z变换与z反变换 227

7.4离散系统的数学模型 233

7.4.1差分方程 233

7.4.2离散系统的状态空间表达式 236

7.4.3脉冲传递函数 238

7.5离散系统的时域分析 243

7.5.1离散系统的时域性能分析 243

7.5.2离散系统的稳定性分析 247

7.5.3离散系统的稳态误差 251

7.6离散系统的根轨迹分析 254

7.7离散系统的频域分析 255

7.7.1离散系统的频率特性 255

7.7.2离散系统的频率特性分析 257

7.8离散控制系统的设计 258

7.8.1离散系统的PID控制 259

7.8.2最少拍控制系统设计 259

7.9离散系统的MATLAB分析与设计 264

7.9.1连续系统的离散化 264

7.9.2离散系统的数学模型 265

7.9.3离散系统的分析 266

7.9.4离散控制器的设计 271

习题 273

附录A 277

参考文献 283 2100433B