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第一章 绪论1

1.1 自动控制和自动控制系统1

1.2 自动控制系统的工作原理1

1.2.1 开环控制系统1

1.2.1 闭环控制系统2

1.2.3 复合控制系统3

1.3 闭环控制系统的基本组成4

1.4 对控制系统的基本要求5

1.5 自动控制系统的分类6

1.6 控制系统举例7

1.7 自动控制理论的发展简史11

1.8 控制系统的计算机辅助设计13

1.8.1 控制系统的计算机辅助设计发展概况13

1.8.2 控制系统计算机辅助设计的主要内容14

习题15

第二章 控制系统的数学描述18

2.1 线性微分方程的建立及求解18

2.2.1 传递函数的定义和主要性质20

2.2 传递函数20

2.2.2 典型元件的传递函数22

2.3 控制系统的结构图及其等效变换34

2.3.1 控制系统结构图的组成34

2.3.2 系统结构图的等效变换和简化38

2.3.3 用梅森公式求系统的传递函数42

2.3.4 闭环控制系统的传递函数44

2.4 自动控制系统例题45

2.4.1 液位控制系统45

2.4.2 位置伺服系统47

2.4.3 速度控制系统50

2.4.4 液压调速系统52

习题54

第三章 时域分析法58

3.1 引言58

3.2 线性系统的时域性能指标59

3.3 一阶系统的时域分析60

3.3.1 一阶系统的数学模型60

3.3.2 一阶系统的单位阶跃响应61

3.3.4 一阶系统的单位速度响应62

3.3.3 一阶系统的冲激响应62

3.3.5 一阶系统的单位加速度响应63

3.4 二阶系统的时域分析63

3.4.1 二阶系统的数学模型63

3.4.2 二阶系统的单位阶跃响应64

3.4.3 二阶系统的性能改善70

3.5 线性控制系统的稳定性72

3.5.1 稳定性的概念72

3.5.2 线性系统稳定的充要条件73

3.5.3 代数稳定性判据74

3.6 稳态误差及其计算80

3.6.1 误差和稳态误差80

3.6.2 系统的类型与稳态误差系数82

3.6.3 动态误差系数84

3.6.4 扰动作用下的稳态误差87

3.6.5 减小稳态误差的方法90

习题91

4.1 引言96

4.2 根轨迹的概念96

第四章 根轨迹法96

4.3 绘制根轨迹的规则99

4.4 非最小相位系统的根轨迹111

4.4.1 正反馈系统的根轨迹111

4.4.2 具有正反馈性质的系统根轨迹112

4.4.3 时滞系统的根轨迹113

4.5 广义根轨迹115

4.6 增加开环零、极点对根轨迹的影响117

4.6.2 增加开环极点对根轨迹的影响118

4.6.1 增加开环零点对根轨迹的影响118

4.6.3 增加开环偶极子对根轨迹的影响121

4.7 用根轨迹分析系统性能122

4.7.1 闭环零、极点分布与阶跃响应的定性分析122

4.7.2 主导极点和偶极子的概念123

4.7.3 用主导极点估算系统的性能123

习题125

第五章 频率响应法130

5.1 频率特性130

5.2 典型环节的频率特性132

5.3 典型环节的对数频率特性139

5.4 对数幅相图143

5.5 系统开环频率特性的绘制144

5.5.1 系统开环幅相特性的绘制144

5.5.2 系统开环对数频率特性的绘制148

5.5.3 由频率特性曲线求系统传递函数151

5.6 基于频率特性的稳定性判据152

5.6.1 基于幅相特性的稳定性判据--奈奎斯特稳定性判据152

5.6.2 在对数坐标图上应用奈奎斯特稳定性判据158

5.7 稳定裕度159

5.6.3 在对数幅相图上应用奈奎斯特稳定性判据159

5.8 闭环频率特性与时域性能指标164

5.8.1 闭环频率特性主要性能指标164

5.8.2 一阶系统和二阶系统频域指标与时域指标165

5.8.3 高阶系统频域指标与时域指标167

5.9 闭环频率特性的绘制168

5.9.1 等M圆图和等N圆图168

5.9.2 尼柯尔斯图170

5.9.3 非单位反馈系统的闭环频率响应171

5.10 开环对数频率特性与时域指标172

5.10.1 开环对数幅频特性“三频段”概念173

5.10.2 二阶系统最佳参考模型174

5.10.3 期望开环对数幅频特性的确定175

习题176

第六章 控制系统补偿与综合183

6.1 引言183

6.2 频率响应法串联补偿184

6.2.1 串联超前补偿184

6.2.2 串联滞后补偿188

6.2.3 串联滞后--超前补偿191

6.2.4 按二阶最佳参考模型设计192

6.2.5 按期望开环对数频率特性设计串联补偿装置193

6.3 根轨迹法串联补偿195

6.3.1 串联超前补偿196

6.3.2 串联滞后补偿202

6.4 PID控制器的设计205

6.4.1 PID控制器的基本结构205

6.4.2 比例微分控制器(PD)206

6.4.3 比例积分控制器(PI)210

6.4.4 比例积分微分控制器(PID)213

6.5 反馈补偿216

6.5.1 反馈补偿的功能216

6.5.2 常用的反馈补偿形式216

6.5.3 反馈补偿举例219

6.5.4 基于根轨迹法确定反馈补偿参数221

6.6 复合补偿222

6.6.1 附加输入前馈补偿的复合控制系统223

6.6.2 附加干扰补偿的复合控制系统225

6.7 采用零、极点相消法实现补偿与综合228

6.8 控制系统设计举例230

6.8.1 磁悬浮球控制系统230

6.8.2 导弹滚动回路姿态角稳定控制系统237

6.8.3 天线方位角伺服系统241

习题244

7.2 非本质非线性和本质非线性248

7.2.1 非本质非线性及其线性化248

7.1 引言248

第七章 非线性系统分析248

7.2.2 本质非线性249

7.2.3 非线性系统的特点251

7.3 描述函数法253

7.3.1 基本概念253

7.3.2 典型非线性特性的描述函数254

7.4 用描述函数法分析稳定性259

7.4.1 在奈奎斯特图上的稳定性分析259

7.4.2 在对数频率特性图上的稳定性分析261

7.5 双输入描述函数266

7.6 相平面分析法268

7.7 相轨迹的作图法270

7.7.1 解析法270

7.7.2 等倾线法272

7.8 相平面图的分析273

7.8.1 由相平面图求时间解273

7.8.2 线性控制系统的相平面分析275

7.8.3 非线性控制系统的相平面分析279

7.9 利用非线性特性改善系统的控制性能298

习题305