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第1章 自动控制系统概述1

1.1自动控制与自动控制系统2

1.1.1自动控制及其任务2

1.1.2自动控制系统的基本组成4

1.1.3自动控制系统的结构形式5

1.2自动控制系统示例8

1.3自动控制系统的分类10

1.4控制系统的性能要求11

1.5自动控制理论概要13

1.5.1自动控制理论的发展13

1.5.2本书内容及实际应用问题15

小结16

习题16

第2章 控制系统的数学模型18

2.1控制系统的微分方程19

2.1.1列写微分方程的一般方法19

2.1.2系统微分方程的建立22

2.1.3线性微分方程的解23

2.2非线性方程的线性化24

2.3控制系统的传递函数26

2.3.1传递函数的概念及性质26

2.3.2典型环节的传递函数及其动态响应28

2.4控制系统动态结构图36

2.4.1动态结构图的概念及建立方法36

2.4.2结构图的等效变换与化简40

2.4.3梅森增益公式47

2.5闭环系统的传递函数49

2.5.1系统的开环传递函数50

2.5.2系统的闭环传递函数50

2.5.3系统的误差传递函数51

2.6控制系统数学模型建立举例52

2.7用MATLAB处理系统数学模型55

小结59

习题59

第3章 时域分析法64

3.1典型响应及性能指标65

3.1.1典型输入信号65

3.1.2阶跃响应的性能指标67

3.2一阶系统分析68

3.2.1一阶系统数学模型及单位阶跃响应68

3.2.2一阶系统的性能指标70

3.3二阶系统分析71

3.3.1二阶系统数学模型及单位阶跃响应71

3.3.2二阶系统的性能指标73

3.3.3带零点的二阶系统的单位阶跃响应76

3.3.4改善二阶系统性能的措施78

3.4高阶系统性能分析79

3.5系统稳定性分析81

3.5.1稳定的数学条件及定义81

3.5.2劳斯稳定判据82

3.5.3结构不稳定问题84

3.6系统稳态误差分析86

3.6.1误差与稳态误差86

3.6.2给定信号作用下系统稳态误差的计算87

3.6.3扰动输入作用下系统稳态误差的计算91

3.6.4稳态误差的抑制93

3.7用时域法分析系统性能示例94

3.8 MATLAB用于时域分析98

小结106

习题107

第4章 根轨迹分析法109

4.1根轨迹110

4.1.1根轨迹的基本概念110

4.1.2根轨迹方程112

4.2根轨迹的绘制113

4.2.1绘制根轨迹的基本法则113

4.2.2根轨迹绘制举例123

4.3广义根轨迹127

4.3.1非最小相位根轨迹127

4.3.2参数根轨迹128

4.3.3根轨迹簇的绘制130

4.3.4零度根轨迹132

4.4开环零、极点对系统性能的影响134

4.4.1增加开环零点对根轨迹的影响134

4.4.2增加开环极点对根轨迹的影响136

4.4.3增加开环偶极子对根轨迹的影响136

4.5用根轨迹分析控制系统137

4.6 MATLAB绘制根轨迹141

小结146

习题146

第5章 频率特性法149

5.1频率特性的基本概念150

5.1.1频率特性的定义150

5.1.2频率特性的几何表示法152

5.2典型环节的频率特性154

5.2.1比例环节154

5.2.2积分环节155

5.2.3微分环节155

5.2.4惯性环节156

5.2.5一阶微分环节158

5.2.6振荡环节159

5.2.7时滞环节160

5.3控制系统开环频率特性162

5.3.1系统开环幅相频率特性曲线162

5.3.2开环对数频率特性曲线165

5.4实验法确定系统传递函数168

5.5频率特性法分析系统稳定性171

5.5.1开环频率特性和闭环特征方程的关系172

5.5.2相角变化量和系统稳定性的关系172

5.5.3奈奎斯特稳定判据174

5.5.4对数频率稳定判据178

5.5.5系统的相对稳定性及稳定裕度180

5.6频率特性与系统性能的关系183

5.6.1开环频率特性与闭环系统性能的关系183

5.6.2开环频率特性与动态性能的关系186

5.7利用MATLAB进行频域分析189

5.7.1频率特性图的绘制189

5.7.2求相角裕度和幅值裕度193

小结195

习题196

第6章 控制系统的设计与校正199

6.1系统设计及校正问题200

6.2常用校正装置及其特性203

6.2.1超前校正203

6.2.2滞后校正207

6.2.3滞后-超前校正209

6.2.4 PID控制器210

6.3用频率法设计校正网络215

6.3.1用伯德图设计超前校正网络216

6.3.2用伯德图设计滞后校正网络221

6.3.3用伯德图设计滞后-超前校正223

6.4控制系统的工程设计225

6.4.1自动控制系统设计的一般过程225

6.4.2系统固有部分的简化226

6.4.3预期频率特性及参考模型227

6.4.4校正装置的设计举例230

6.5 MATLAB用于系统校正与设计233

小结235

习题236

第7章 线性离散控制系统的分析240

7.1离散系统的基本概念241

7.1.1采样控制系统的特点242

7.1.2数字控制系统的特点242

7.1.3离散控制系统的研究方法243

7.2信号的采样与保持243

7.2.1采样过程与采样定理243

7.2.2采样信号的保持245

7.3离散控制系统的数学基础247

7.3.1 Z变换的定义247

7.3.2 Z变换方法248

7.3.3 Z变换的基本定理248

7.3.4 Z反变换249

7.4离散控制系统的数学模型250

7.4.1差分方程及其求解251

7.4.2脉冲传递函数的定义252

7.4.3开环系统的脉冲传递函数253

7.4.4闭环系统的脉冲传递函数255

7.5离散控制系统的动态性能分析256

7.5.1离散系统的动态响应分析257

7.5.2闭环极点位置与动态响应的关系258

7.6离散控制系统的稳定性与稳态误差261

7.6.1 S平面与Z平面的关系261

7.6.2 Z平面内的稳定条件262

7.6.3离散系统的稳定性判据263

7.6.4离散系统的稳态误差265

7.7 MATLAB用于离散控制系统分析268

7.7.1数学模型处理268

7.7.2动态响应分析270

7.7.3稳定性分析271

小结271

习题272

第8章 非线性系统分析274

8.1非线性系统动态过程的特点275

8.2典型的非线性特性276

8.2.1饱和非线性特性276

8.2.2死区非线性特性277

8.2.3间隙非线性特性277

8.2.4继电器非线性特性278

8.3描述函数279

8.3.1谐波线性化279

8.3.2非线性特性的描述函数280

8.4描述函数法及系统分析287

8.4.1非线性系统的典型结构287

8.4.2非线性系统的稳定性分析288

8.4.3自振分析289

8.4.4用描述函数法分析非线性系统290

8.4.5非线性系统结构图的简化292

8.5相平面法及系统分析294

8.5.1相平面图的绘制294

8.5.2奇点与极限环297

8.5.3用相平面法分析非线性系统300

8.6 MATLAB用于非线性系统分析302

小结307

习题308

附录A 常用函数拉氏变换对照表312

附录B 常用函数Z变换对照表313

参考文献314