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第1章 绪论1

1.1 控制工程概述1

1.2 控制系统的结构2

1.2.1 开环控制系统2

1.2.2 闭环控制系统3

1.2.3 反馈控制系统的组成4

1.3 控制系统的基本类型6

1.3.1 按输入信号的特征分类6

1.3.2 按控制器的实现方式分类6

1.3.3 按有无误差分类6

1.4 对控制系统的基本要求7

1.4.1 稳定性7

1.4.2 快速性7

1.4.3 准确性8

习题8

第2章 控制系统的数学模型10

2.1 控制系统的微分方程10

2.1.1 线性系统与非线性系统10

2.1.2 微分方程的建立12

2.1.3 微分方程的求解15

2.2 控制系统的传递函数16

2.2.1 传递函数的定义16

2.2.2 传递函数的特点17

2.2.3 传递函数的形式17

2.3 典型环节的传递函数18

2.3.1 比例环节18

2.3.2 微分环节19

2.3.3 积分环节21

2.3.4 惯性环节22

2.3.5 一阶微分环节23

2.3.6 二阶振荡环节23

2.3.7 二阶微分环节25

2.3.8 延时环节25

2.4 控制系统的函数框图模型26

2.4.1 控制系统的基本连接方式26

2.4.2 扰动作用下的闭环控制系统28

2.4.3 函数框图的绘制29

2.4.4 函数框图的简化30

2.5 典型系统的数学模型分析33

2.5.1 机械系统33

2.5.2 电气系统34

2.5.3 机、电、液系统35

习题36

第3章 控制系统的时域分析39

3.1 控制系统的瞬态响应39

3.1.1 典型输入信号39

3.1.2 时间响应及其组成42

3.1.3 控制系统的时域性能指标43

3.2 一阶系统的数学模型及时间响应44

3.2.1 一阶系统的数学模型44

3.2.2 一阶系统的时间响应45

3.3 二阶系统的数学模型、时间响应及时域性能指标49

3.3.1 二阶系统的数学模型49

3.3.2 二阶系统的时间响应52

3.3.3 二阶系统的时域性能指标55

3.4 高阶系统的时间响应及性能分析59

3.4.1 高阶系统的时间响应59

3.4.2 高阶系统的性能分析61

习题64

第4章 控制系统的频域分析67

4.1 频率特性的基本概念67

4.1.1 频率响应67

4.1.2 频率特性及其求取方法68

4.1.3 频率特性的图形表示法69

4.2 典型环节的频率特性71

4.2.1 比例环节71

4.2.2 积分环节和微分环节71

4.2.3 惯性环节和一阶微分环节73

4.2.4 二阶振荡环节和二阶微分环节75

4.2.5 延时环节78

4.3 控制系统的开环频率特性79

4.3.1 系统的开环极坐标图79

4.3.2 系统的开环Bode图87

4.4 系统的闭环频率特性91

4.4.1 系统的闭环频率特性图91

4.4.2 由开环频率特性估计闭环频率特性91

4.4.3 系统的闭环频域性能指标92

习题94

第5章 控制系统的性能分析97

5.1 控制系统的稳定性分析97

5.1.1 控制系统稳定性的基本概念97

5.1.2 代数稳定性判据99

5.1.3 频域判据105

5.1.4 控制系统的相对稳定性分析111

5.2 控制系统的误差分析117

5.2.1 系统误差和误差传递函数118

5.2.2 系统静态误差分析与计算120

5.2.3 系统动态误差分析与计算127

5.2.4 开环特性与稳态误差的关系129

5.3 控制系统的动态性能分析131

5.3.1 动态性能与开环频率特性的关系131

5.3.2 动态性能与闭环频率特性的关系133

习题135

第6章 控制系统的综合校正140

6.1 控制系统校正概述140

6.2 控制系统的串联校正141

6.2.1 相位超前校正141

6.2.2 相位滞后校正145

6.2.3 滞后-超前校正148

6.2.4 PID校正151

6.3 控制系统的并联校正154

6.3.1 反馈校正154

6.3.2 顺馈校正155

习题156

第7章 采样控制系统分析基础158

7.1 概述158

7.2 信号的采样与复原159

7.2.1 信号的采样159

7.2.2 信号的复原161

7.3 采样控制系统的Z变换与Z反变换162

7.3.1 Z变换的定义162

7.3.2 Z变换的性质164

7.3.3 Z反变换165

7.4 线性采样控制系统的差分方程167

7.4.1 差分方程的数学描述167

7.4.2 差分方程的求解168

7.5 采样控制系统的脉冲传递函数169

7.5.1 脉冲传递函数概述169

7.5.2 脉冲传递函数的求解方法170

7.5.3 脉冲传递函数的连接方式170

7.5.4 闭环系统的脉冲传递函数171

7.6 采样控制系统的性能分析172

7.6.1 采样控制系统的稳定性分析172

7.6.2 采样控制系统的稳态误差174

7.6.3 采样控制系统的动态性能分析175

习题176

第8章 基于MATLAB的控制系统分析178

8.1 MATLAB语言简介178

8.1.1 基本操作及命令178

8.1.2 MATLAB函数179

8.1.3 绘制响应曲线181

8.1.4 MATLAB语言的联机帮助功能182

8.2 控制系统数学模型的MATLAB描述183

8.2.1 连续系统数学模型的MATLAB描述183

8.2.2 离散系统数学模型的MATLAB描述186

8.2.3 各种数学模型之间的转换186

8.2.4 控制系统的模型建立187

8.2.5 Simulink建模方法187

8.3 控制系统的性能分析189

8.3.1 控制系统的时域分析189

8.3.2 控制系统的频域分析192

8.3.3 控制系统的稳定性分析194

8.4 控制系统的校正课程设计实例196

习题198

附录 拉普拉斯变换200

参考文献209