1、目录第 1章 自动控制的一般概念11.1 引言11.2 自动控制理论发展概述11.3 自动控制和自动控制系统的基本概念31.3.1 自动控制问题的提出31.3.2 开环控制系统41.3.3 闭环控制系统51.3.4 开环控制系统与闭环控制系统的比较61.3.5 复合控制系统71.4 自动控制系统的基本组成71.5 控制系统示例81.6 自动控制系统的分类111.6.1 恒值控制系统和随动系统111.6.2 定常系统和时变系统111.6.3 线性系统和非线性系统121.6.4 连续系统与离散系统121.6.5 单变量系统和多变量系统121.7 对控制系统性能的基本要求121.8 本课程的研究内容
2、14第一章小结14习题15第 2章 控制系统的数学模型202.1 引言202.2 控制系统的时域数学模型202.2.1 线性元部件、线性系统微分方程的建立202.2.2 非线性系统微分方程的线性化232.3 控制系统的复域数学模型252.3.1 传递函数252.3.2 常用控制元件的传递函数262.3.3 典型环节312.3.4 传递函数的标准形式322.4 控制系统的结构图及其等效变换332.4.1 结构图332.4.2 结构图等效变换352.5 控制系统的信号流图392.5.1 信号流图392.5.2 梅逊增益公式402.6 控制系统的传递函数 412.6.1 系统的开环传递函数412.6
3、.2 闭环系统的传递函数422.6.3 闭环系统的误差传递函数42第 2 章小结 43习题 244第 3章 线性系统的时域分析与校正493.1 概述493.1.1 时域法的作用和特点493.1.2 时域法常用的典型输入信号493.1.3 系统的时域性能指标493.2 一阶系统的时间响应及动态性能513.2.1 一阶系统传递函数标准形式及单位阶跃响应513.2.2 一阶系统动态性能指标计算513.2.3 典型输入下一阶系统的响应523.3 二阶系统的时间响应及动态性能543.3.1 二阶系统传递函数标准形式及分类543.3.2 过阻尼二阶系统动态性能指标计算553.3.3 欠阻尼二阶系统动态性能
4、指标计算573.3.4 改善二阶系统动态性能的措施673.4 高阶系统的阶跃响应及动态性能713.4.1 高阶系统单位阶跃响应713.4.2 闭环主导极点723.4.3 估算高阶系统动态性能指标的零点极点法723.5 线性系统的稳定性分析743.5.1 稳定性的概念743.5.2 稳定的充要条件743.5.3 稳定判据753.6 线性系统的稳态误差773.6.1 误差与稳态误差783.6.2 计算稳态误差的一般方法793.6.3 静态误差系数法803.6.4 干扰作用引起的稳态误差分析823.6.5 动态误差系数法833.7 线性系统时域校正863.7.1 反馈校正863.7.2 复合校正88
5、第 3 章小结 91习题 391第 4章 根轨迹法994.1 根轨迹法的基本概念994.1.1 根轨迹的基本概念994.1.2 根轨迹与系统性能1004.1.3 闭环零、极点与开环零、极点之间的关系1014.1.4 根轨迹方程1024.2 绘制根轨迹的基本法则1034.3 广义根轨迹1124.3.1 参数根轨迹1124.3.2 零度根轨迹1144.4 利用根轨迹分析系统性能1174.4.1 利用闭环主导极点估算系统的性能指标1174.4.2 开环零、极点分布对系统性能的影响121第 4 章小结 123习题4123第 5章 线性系统的频域分析与校正1275.1 频率特性的基本概念1275.1.1
6、 频率特性的定义1275.1.2 频率特性和传递函数的关系129 5.1.3 频率特性的图形表示方法1305.2 幅相频率特性（Nyquist 图）1325.2.1 典型环节的幅相特性曲线1325.2.2 开环系统的幅相特性曲线1395.3 对数频率特性（Bode 图）1425.3.1 典型环节的 Bode 图1425.3.2 开环系统的 Bode 图1475.3.3 最小相角系统和非最小相角系统1485.4 频域稳定判据1505.4.1 奈奎斯特稳定判据1505.4.2 奈奎斯特稳定判据的应用1545.4.3 对数稳定判据1555.5 稳定裕度1575.5.1 稳定裕度的定义1575.5.2
7、 稳定裕度的计算1585.6 利用开环频率特性分析系统的性能1605.6.1 低频渐近线与系统稳态误差的 关系160)(L5.6.2 中频段特性与系统动态性能的关系1605.6.3 高频段对系统性能的影响1655.7 闭环频率特性曲线的绘制1665.7.1 用向量法求闭环频率特性1665.7.2 尼柯尔斯图线1665.8 利用闭环频率特性分析系统的性能1685.8.1 闭环频率特性的几个特征量1685.8.2 闭环频域指标与时域指标的关系1695.9 频率法串联校正1715.9.1 串联超前校正1715.9.2 串联迟后校正1755.9.3 串联迟后超前校正1805.9.4 串联 PID 校正
8、183第 5 五章小结 186习题 5187第 6章 线性离散系统的分析与校正1956.1 离散系统1956.1.1 采样控制系统195 6.1.2 数字控制系统1966.1.3 数字控制系统与采样控制系统的关系1976.1.4 离散控制系统的特点1986.1.5 离散系统的研究方法1986.2 信号采样与保持1986.2.1 信号采样1986.2.2 零阶保持器2016.3 z 变换理论2036.3.1 z 变换定义2036.3.2 z 变换方法2036.3.3 z 变换的基本定理2046.3.4 z 反变换2086.3.5 z 变换法存在的局限性2106.4 离散系统的数学模型2106.4
9、.1 线性常系数差分方程及其解法2116.4.2 脉冲传递函数2126.4.3 开环系统脉冲传递函数2136.4.4 闭环系统脉冲传递函数2166.5 离散系统的稳定性与稳态误差2186.5.1 s 域到 z 域的映射2186.5.2 线性定常离散系统稳定的充分必要条件2206.5.3 离散系统的稳定性判据2226.5.4 离散系统的稳态误差2256.6 离散系统的动态性能分析2286.6.1 离散系统的时间响应2286.6.2 闭环极点与动态响应的关系2306.7 离散系统的数字校正2326.7.1 数字控制器的脉冲传递函数2336.7.2 最少拍系统设计233第 6 章小结 237习题62
10、38第 7章 非线性控制系统分析2427.1 非线性控制系统概述2427.1.1 非线性现象的普遍性2427.1.2 控制系统中的典型非线性特性2427.1.3 非线性控制系统的特殊性2447.1.4 非线性控制系统的分析方法2457.2 相平面法2457.2.1 相平面的基本概念2457.2.2 绘制相平面图的等倾斜线法2497.2.3 非线性系统的相平面分析2507.3 描述函数法2567.3.1 描述函数的基本概念2567.3.2 典型非线性特性的描述函数2577.3.3 用描述函数法分析非线性系统2607.4 改善非线性系统性能的措施及非线性特性的利用2657.4.1 改变线性部分的参
11、数或针对线性部分进行校正2657.4.2 改变非线性特性2667.4.3 非线性特性的应用266第 7 章小结 267习题7267第八章 控制系统的状态空间分析与综合2718.1 控制系统的状态空间描述2718.1.1 系统数学描述的两种基本方法2718.1.2 状态空间描述常用的基本概念2728.1.3 系统的传递函数矩阵2758.1.4 线性定常系统动态方程的建立2758.2 线性系统的运动分析2898.2.1 线性定常连续系统的自由运动2898.2.2 状态转移矩阵的性质2928.2.3 线性定常连续系统的受控运动2938.2.4 线性定常离散系统的运动分析2948.2.5 连续系统的离
12、散化2958.3 控制系统的李雅普诺夫稳定性分析2968.3.1 李雅普诺夫稳定性概念 2968.3.2 李雅普诺夫稳定性间接判别法2988.3.3 李雅普诺夫稳定性直接判别法2988.3.4 线性定常系统的李雅普诺夫稳定性分析3028.4 线性系统的可控性和可观测性3048.4.1 可控性和可观测性的概念3048.4.2 线性定常系统的可控性3058.4.3 线性定常系统的可观测性3128.4.4 可控性、可观测性与传递函数矩阵的关系3178.4.5 连续系统离散化后的可控性与可观测性3218.5 线性系统非奇异线性变换及系统的规范分解3228.5.1 线性系统的非奇异线性变换及其性质3228.5.2 几种常用的线性变换3248.5.3 对偶原理3278.5.4 线性系统的规范分解3298.6 线性定常控制系统的综合设计3318.6.1 状态反馈与极点配置3328.6.2 输出反馈与极点配置3368.6.3 状态重构与状态观测器设计3378.6.4 降维状态观测器的概念340第 8 章小结 341习题8341附录346A 拉普拉斯变换及反变换346B 常见的无源及有源网络349C 综合练习题351D 习题答案357参考文献372
