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第1章 自动控制概论 1

1.1控制理论的发展 1

1.2自动控制方式 2

1.2.1闭环控制方式 2

1.2.2开环控制方式 3

1.2.3复合控制方式 4

1.3自动控制系统的组成 5

1.4自动控制系统的分类 6

1.4.1按输入量变化的规律分类 6

1.4.2按系统传输信号对时间的关系分类 6

1.4.3按系统的输出量和输入量的关系分类 6

1.4.4按系统中的参数对时间是否变化分类 7

1.5自动控制系统的基本要求 7

1.5.1稳定性 7

1.5.2快速性 7

1.5.3准确性 7

习题 8

第2章 控制系统的数学模型 9

2.1控制系统的微分方程 9

2.1.1微分方程的建立 9

2.1.2微分方程的线性化 12

2.2控制系统的传递函数 13

2.2.1传递函数的定义和性质 14

2.2.2典型环节及其传递函数 15

2.2.3传递函数的零极点对系统的影响 17

2.3控制系统的结构图及等效变换 19

2.3.1系统结构图 19

2.3.2结构图的建立 20

2.3.3结构图的等效变换和简化 22

2.3.4系统传递函数 29

2.4信号流图与梅森公式 30

2.4.1信号流图 31

2.4.2梅森增益公式 31

2.5控制系统数学模型建立实例 33

2.5.1从原理图到结构图的变换 33

2.5.2结构图的简化 35

2.5.3利用梅森公式求系统的数学模型 36

习题 37

第3章 线性系统的时域分析法 40

3.1控制系统的稳定性分析 40

3.1.1稳定的概念 40

3.1.2稳定的条件 40

3.1.3稳定判据 41

3.2控制系统的典型输入信号和时域性能指标 44

3.2.1典型输入信号 44

3.2.2性能指标 46

3.3一阶系统的时域分析 47

3.3.1数学模型 47

3.3.2单位阶跃响应 47

3.3.3单位脉冲响应 48

3.3.4单位斜坡响应 48

3.4二阶系统的时域分析 49

3.4.1数学模型 49

3.4.2二阶系统的单位阶跃响应 50

3.4.3二阶系统欠阻尼情况下的性能指标分析 52

3.5高阶系统的时域分析 54

3.5.1数学模型 54

3.5.2单位阶跃响应 55

3.6线性系统稳态误差的计算 55

3.6.1误差的定义 56

3.6.2稳态误差的定义 56

3.6.3单位阶跃输入信号下的稳态误差 57

3.6.4单位斜坡输入信号下的稳态误差 57

3.6.5单位加速度输入信号下的稳态误差 57

3.6.6扰动信号作用下的稳态误差 59

3.7控制系统时域分析综合实例 60

3.7.1系统稳定的条件 61

3.7.2高阶系统的简化 61

3.7.3系统动态性能分析 62

3.7.4稳态误差计算 63

习题 63

第4章 线性系统的根轨迹法 66

4.1根轨迹的基本概念 66

4.1.1根轨迹的定义 66

4.1.2根轨迹方程 67

4.2绘制根轨迹的规则和方法 68

4.3参数根轨迹 73

4.4利用根轨迹法对控制系统的性能分析 76

4.4.1增加开环极点对控制系统的影响 76

4.4.2增加开环零点对控制系统的影响 77

4.4.3利用根轨迹确定系统参数 77

4.4.4用根轨迹分析系统的动态性能 80

习题 81

第5章 线性系统的频域分析法 83

5.1频率特性 83

5.1.1频率特性的基本概念 83

5.1.2频率特性的表示方法 84

5.2系统的开环对数频率特性 86

5.2.1典型环节的对数频率特性 87

5.2.2开环对数频率特性 91

5.2.3开环对数频率特性曲线（Bode图）的绘制 92

5.2.4由频率特性曲线确定系统的传递函数 93

5.3控制系统开环幅相曲线与频域稳定判据 94

5.3.1开环幅相曲线的绘制方法 94

5.3.2频率稳定判据 95

5.3.3对数频率稳定判据 96

5.4控制系统相对稳定性分析 97

5.4.1相位裕度 98

5.4.2幅值裕度 98

5.5系统的闭环频域性能指标 100

5.5.1闭环控制系统频率特性 100

5.5.2控制系统闭环频域性能指标与时域性能指标的转换 101

习题 103

第6章 线性系统的校正与设计 105

6.1系统校正的概念与一般方法 105

6.1.1期望性能指标的提出 105

6.1.2系统带宽的确定 106

6.1.3校正方式 107

6.2常用串联校正装置及其特性 108

6.2.1串联超前校正装置 108

6.2.2串联滞后校正装置 111

6.2.3串联滞后-超前校正装置 113

6.3串联校正 115

6.3.1串联超前校正设计 115

6.3.2串联滞后校正设计 119

6.3.3串联滞后-超前校正设计 121

6.4反馈校正 124

6.4.1反馈校正的原理 124

6.4.2反馈校正的分类 124

6.4.3反馈校正对系统的影响 124

6.5复合校正 125

6.5.1按扰动补偿的复合校正 126

6.5.2按输入补偿的复合校正 126

6.6控制系统的工程设计方法 127

6.6.1系统固有部分的简化处理 127

6.6.2典型Ⅰ型系统模型 128

6.6.3典型Ⅱ型系统模型 129

6.7控制系统设计综合实例 131

6.7.1系统数学模型建立 131

6.7.2电流环的数学模型与电流调节器的参数设计 132

6.7.3速度环的数学模型与速度调节器的参数设计 133

6.7.4电流调节器和速度调节器的实现 134

习题 135

第7章 线性离散控制系统 138

7.1线性离散控制系统简介 138

7.2信号的采样与保持 139

7.2.1信号的采样 139

7.2.2采样定理 141

7.2.3信号的保持 144

7.3 Z变换理论 146

7.3.1 Z变换的定义 146

7.3.2 Z变换的基本定理 147

7.3.3 Z变换的基本方法 150

7.3.4 Z逆变换 152

7.4离散系统数学模型 154

7.4.1离散系统的数学定义 154

7.4.2线性常系数差分方程及其解法 154

7.4.3 Z传递函数 156

7.4.4开环系统脉冲传递函数 158

7.4.5闭环系统脉冲传递函数 160

7.4.6 Z变换法的局限性 162

7.5离散系统稳定性分析 163

7.5.1离散系统的稳定性判据 163

7.5.2离散系统的稳态误差 164

7.6线性离散系统的暂态性能分析 165

7.6.1离散系统的暂态性能指标 165

7.6.2离散系统极点分布与动态响应的关系 166

习题 167

第8章 自动控制原理实验 169

实验一 典型系统的阶跃响应分析 169

实验二 高阶系统的瞬态响应和稳定性分析 171

实验三 线性定常系统的稳态误差分析 172

实验四 控制系统的根轨迹分析（Matlab） 174

实验五 控制系统的频率特性研究（Matlab） 175

实验六 线性定常系统的串联校正（综合） 177

附录 183

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