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第一章 自动控制系统的基本概念1

第一节 引言1

目录1

第二节 自动控制系统的基础知识2

一、人工控制和自动控制2

二、自动控制系统的组成及其方框图表示法5

第三节 自动控制系统的工作原理6

一、自动控制系统的工作过程6

二、对自动控制系统的基本要求9

第四节 自动控制系统的类型10

二、恒值控制系统与随动控制系统11

一、闭环控制系统与开环控制系统11

三、线性控制系统与非线性控制系统12

四、连续控制系统和离散控制系统13

第二章 自动控制系统的数学模型16

第一节 概述16

第二节 系统动态微分方程式的列写16

第三节 非线性微分方程的线性化21

一、线性化的方法21

二、线性化的步骤22

第四节 传递函数的概念23

三、小偏差线性化小结23

一、传递函数的定义24

二、传递函数的性质24

三、传递函数的求取方法25

第五节 典型环节的传递函数及其单位阶跃响应26

一、比例环节26

二、惯性环节27

三、积分环节28

四、微分环节29

五、振荡环节30

六、延迟环节32

第六节 计算电气网络传递函数的简便方法——运算阻抗法33

一、无源网络传递函数的计算33

二、电子调节器传递函数的计算34

第七节 系统动态结构图及其等效变换37

一、系统动态结构图的绘制37

二、结构图的等效变换43

三、用简化结构图法求系统传递函数示例47

四、用公式法求相关多回路系统的传递函数48

二、干扰信号作用下的闭环传递函数49

第八节 自动控制系统的传递函数49

一、给定信号作用下的闭环传递函数49

三、闭环系统的偏差传递函数50

四、闭环系统的误差传递函数50

第三章 自动控制系统的时域分析法55

第一节 概述55

一、典型输入信号55

二、系统在阶跃信号作用下的响应曲线57

三、以单位反馈系统作为研究的主要对象60

一、线性系统稳定性的基本概念62

第二节 系统的稳定性分析62

二、系统稳定的条件63

三、代数稳定判据65

第三节 典型二阶系统的动态性能分析71

一、二阶系统的数学模型71

二、典型二阶系统的阶跃响应72

三、欠阻尼二阶系统动态性能指标的计算76

四、二阶工程最佳参数79

五、典型二阶系统计算举例80

六、无超调二阶系统的动态性能指标的估算81

第四节 高阶系统的动态性能分析82

二、高阶系统动态性能的定性分析83

三、利用主导极点估算系统性能指标83

一、高阶系统的单位阶跃响应83

第五节 系统稳态误差的分析84

一、误差及误差传递函数84

二、稳态误差及其计算85

三、输入信号r（t）单独作用下，稳态误差与系统结构间的关系86

四、稳态误差与稳态误差系数88

五、干扰信号N（t）单独作用下的稳态误差与系统结构的关系91

一、改善结构不稳定的方法93

第六节 改善系统性能指标的措施93

二、改善系统动态特性的方法94

三、减小稳态误差的方法96

第四章 频率特性法101

第一节 频率特性的基本概念101

一、频率特性的定义101

二、频率特性G（jω）与传递函数G（s）的关系103

三、频率特性的图示法103

第二节 典型环节的频率特性106

一、比例环节的频率特性106

二、惯性环节的频率特性107

三、积分环节的频率特性109

四、微分环节的频率特性110

五、振荡环节的频率特性112

六、纯滞后环节的频率特性115

七、最小相位系统116

第三节 系统开环频率特性图的绘制117

一、0型系统的开环频率特性118

二、Ⅰ型系统的开环频率特性119

三、Ⅱ型系统的开环频率特性121

第四节 系统稳定性的频率判据124

一、系统特征式的幅角变化与系统稳定性的关系124

二、奈奎斯特稳定判据125

三、稳定裕量127

第五节 用频率特性分析系统的性能129

一、用开环频率特性分析系统的稳态性能129

二、用开环频率特性分析系统的动态性能130

三、用闭环频率特性分析系统的动态性能132

二、校正装置的设计方法136

一、引言136

第一节 概述136

第五章 自动控制系统的设计136

三、常用的校正方案137

第二节 期望开环频率特性138

一、典型的系统期望开环频率特性138

二、系统的稳态性能与低频段138

三、动态性能指标与中频段139

四、附加小时间常数对系统性能的影响144

五、小结144

第三节 典型校正装置144

一、超前校正装置与PD调节器145

二、滞后校正装置与PI调节器147

三、滞后-超前校正装置与PID调节器148

四、小结151

第四节 串联校正的设计151

一、串联超前校正设计152

二、串联滞后校正设计154

三、滞后-超前校正设计157

四、利用期望频率特性进行串联校正的设计方法160

第五节 局部反馈校正163

一、一般的局部反馈校正163

二、速度或测速发电机反馈校正165

三、串联校正和局部反馈校正的比较169

第六节 其他控制方式169

一、前馈校正方式169

二、对输入进行跟踪补偿的复合控制系统170

第六章 数字控制系统的设计基础174

第一节 信号的采样与保持174

一、采样控制系统的分类和组成174

二、信号的采样和保持175

一、z变换及其性质180

第二节 z变换180

二、z反变换182

第三节 采样系统的数学模型184

一、差分方程184

二、脉冲传递函数186

三、方框图与闭环离散系统的脉冲传递函数188

四、用z变换法分析离散数字系统的条件189

第四节 采样系统的分析190

一、采样系统的时间响应190

二、采样系统的稳定性191

三、采样系统的稳态误差193

四、采样系统的动态性能分析196

第五节 数字控制系统采样周期Ts的确定200

一、采样周期的影响201

二、常用的采样周期实际选择方法203

第六节 计算机控制系统的初步设计204

一、连续-离散化系统设计方法204

二、直接离散域设计方法208

附录Ⅰ 数学基础212

第一节 复变函数的概念212

一、复变数及其表示法212

三、复变函数及其极点与零点213

二、关于模和辐角的定理（不作证明）213

第二节 拉普拉斯变换214

一、概述214

二、拉氏变换的定义及常用函数的拉氏变换215

三、拉氏变换的主要运算定理217

四、拉氏反变换221

第三节 用拉氏变换法求解线性微分方程224

附录Ⅱ 拉普拉斯变换表227

附录Ⅲ 符号说明229

参考文献230