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常用符号表 1

第1章 绪论 3

1.1引言 3

1.1.1控制理论的发展 4

1.1.2 MATLAB工程软件 4

1.2自动控制系统的基本概念 5

1.2.1自动控制系统的工作原理 5

1.2.2自动控制系统的基本控制方式 6

1.2.3自动控制系统的基本组成 8

1.3自动控制系统的分类 9

1.4对控制系统的基本要求 10

1.5本课程的学习方法 10

本章小结 11

思考题与习题 11

第2章 控制系统的数学模型 12

2.1控制系统的微分方程 12

2.1.1线性系统（元部件）微分方程的建立 12

2.1.2非线性系统微分方程的线性化 16

2.2控制系统的传递函数 18

2.2.1传递函数概述 18

2.2.2常用控制元件的传递函数 19

2.2.3典型环节的传递函数 25

2.2.4传递函数的标准形式 25

2.3控制系统的结构图及其等效变换 27

2.3.1结构图概述 27

2.3.2结构图的等效变换 29

2.4控制系统的几种常用传递函数 32

2.4.1系统的开环传递函数 33

2.4.2闭环系统的传递函数 33

2.4.3闭环系统的误差传递函数 33

2.5控制系统数学模型的MATLAB实现 36

2.5.1传递函数的MATLAB描述 36

2.5.2 Simulink动态结构图 36

2.5.3数学模型的转换 37

本章小结 38

思考题与习题 38

第3章 控制系统的时域分析 41

3.1时间响应与典型输入信号 42

3.1.1时间响应的概念 42

3.1.2典型输入信号 42

3.2一阶系统的时间响应 44

3.2.1一阶系统的数学模型 44

3.2.2一阶系统的单位脉冲响应 44

3.2.3一阶系统的单位阶跃响应 44

3.2.4一阶系统的单位速度响应 46

3.3二阶系统的时间响应 46

3.3.1二阶系统的数学模型 46

3.3.2二阶系统的单位阶跃响应 47

3.4瞬态响应的性能指标 50

3.5稳态误差分析与计算 54

3.5.1稳态误差的概念 54

3.5.2稳态误差的计算 56

3.5.3稳态误差系数 56

3.5.4干扰作用下的稳态误差 58

3.6 Routh—Hurwitz稳定判据 59

3.6.1 Hurwitz稳定性判据 59

3.6.2 Routh判据 60

3.7 MATLAB环境下时域响应分析 63

本章小结 66

思考题与习题 66

第4章 控制系统的频域分析 68

4.1频率特性的基本概念 69

4.1.1频率特性概述 69

4.1.2频率特性的求取方法 70

4.1.3频率特性的表示法 72

4.2典型环节的频率特性 75

4.2.1比例环节 75

4.2.2积分环节 77

4.2.3惯性环节 78

4.2.4振荡环节 80

4.2.5微分环节 83

4.2.6延时环节 85

4.2.7最小相位系统与非最小相位系统 86

4.3控制系统的开环频率特性 87

4.3.1系统开环幅相频率特性 87

4.3.2系统开环对数频率特性 91

4.4控制系统的频域稳定性分析 95

4.4.1系统开环频率特性与闭环特征式的关系 96

4.4.2幅角变化与系统稳定性的关系 97

4.4.3 Nyquist稳定判据 97

4.4.4应用Bode图判断闭环系统的稳定性 100

4.5开环频率特性分析 102

4.5.1开环频域性能指标 102

4.5.2开环频率特性与时域指标的关系 105

4.5.3中频段特性与开环频率特性间的关系 108

4.6闭环频率特性分析 109

4.6.1闭环频率特性 110

4.6.2闭环频域指标 110

4.6.3闭环频域性能指标与时域指标 111

本章小结 112

思考题与习题 113

第5章 控制系统的根轨迹 116

5.1根轨迹与控制系统特性 116

5.2绘制根轨迹的基本法则 119

5.3用根轨迹分析控制系统的性能 127

5.4利用MATLAB绘制系统根轨迹 129

本章小结 131

思考题与习题 131

第6章 控制系统的综合与校正 133

6.1控制系统校正的基本概念 133

6.1.1控制系统校正与校正装置 133

6.1.2控制系统的性能指标 134

6.1.3校正方式 135

6.2校正装置及其特性 136

6.2.1超前校正装置 136

6.2.2滞后校正装置 138

6.2.3滞后—超前校正装置 140

6.3串联校正 143

6.3.1相位超前校正 143

6.3.2相位滞后校正 147

6.3.3串联滞后—超前校正 149

6.4并联校正 152

6.4.1反馈校正 152

6.4.2前馈校正 155

6.5 MATLAB在系统校正中的基本应用 156

本章小结 160

思考题与习题 160

第7章 计算机控制系统初步 162

7.1计算机控制系统概述 163

7.1.1计算机控制系统的基本概念 163

7.1.2计算机控制系统的组成 164

7.1.3计算机控制系统的分类 165

7.1.4计算机控制系统的发展概况 167

7.1.5计算机控制系统的发展趋势 168

7.2信号的采样与复原 169

7.2.1计算机控制系统的信号形式 169

7.2.2采样定理 170

7.2.3信号的复原 171

7.3z变换及其逆变换 173

7.3.1 z变换的定义 173

7.3.2 z变换的性质 174

7.3.3 z逆变换 175

7.4计算机控制系统的数学模型 178

7.4.1线性差分方程 178

7.4.2脉冲传递函数 179

7.5计算机控制系统的控制算法 182

7.5.1数字PID控制算法 182

7.5.2数字PID控制器的改进 183

7.5.3数字PID调节器参数整定 185

本章小结 187

思考题与习题 187

附录A拉普拉斯变换 188

附录B常用函数的拉普拉斯变换和z变换表 200

附录C常用控制工程术语汉英对照表 201

思考题与习题参考答案 206

参考文献 211

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