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第1章 绪论1

1.1 自动控制的基本概念1

1.1.1 自动控制问题的提出1

1.1.2 自动控制系统的定义2

1.2 自动控制的基本方式3

1.2.1 开环控制3

1.2.2 闭环控制4

1.2.3 闭环控制系统的基本组成5

1.2.4 复合控制6

1.3 自动控制系统的分类6

1.3.1 按给定信号的特征划分6

1.3.2 按系统参数的变化特性划分7

1.3.3 按系统的数学描述划分7

1.3.4 按信号传递的连续性划分8

1.3.5 按系统的输入与输出信号的数量划分9

1.4 自动控制系统的要求9

1.4.1 对系统的要求9

1.4.2 控制系统的分析与设计10

1.5 解题示范11

学习指导与小结13

习题13

第2章 自动控制系统的数学模型15

2.1 自动控制系统的微分方程15

2.1.1 微分方程建立的一般方法15

2.1.2 线性常系数微分方程的求解16

2.2 传递函数17

2.2.1 传递函数的定义及求取17

2.2.2 传递函数的性质及局限19

2.3 典型环节及其传递函数20

2.4 动态结构图及其等效变换24

2.4.1 结构图的组成24

2.4.2 绘制结构图的一般步骤25

2.4.3 结构图的等效变换及其简化26

2.5 自动控制系统的重要传递函数30

2.6 解题示范32

学习指导与小结36

习题37

第3章 时域分析法39

3.1 典型输入信号和时域性能指标39

3.1.1 典型输入信号39

3.1.2 阶跃响应性能指标41

3.2 一阶系统时域分析42

3.2.1 一阶系统的数学模型42

3.2.2 一阶系统单位阶跃响应43

3.2.3 一阶系统的性能指标44

3.3 典型二阶系统时域分析45

3.3.1 典型二阶系统的数学模型45

3.3.2 典型二阶系统的单位阶跃响应46

3.3.3 典型二阶系统的参数ζ、ωn对性能的影响49

3.3.4 欠阻尼二阶系统暂态性能指标估算50

3.4 高阶系统分析54

3.4.1 高阶系统的单位阶跃响应54

3.4.2 闭环零、极点对系统性能的影响55

3.4.3 闭环主导极点56

3.5 控制系统的稳定性分析57

3.5.1 稳定性的概念及线性系统稳定的充要条件57

3.5.2 劳斯稳定判据58

3.5.3 两种特殊情况59

3.5.4 劳斯稳定判据在系统分析中的应用61

3.6 控制系统的稳态误差分析61

3.6.1 稳态误差的定义及一般计算公式61

3.6.2 控制系统的型别62

3.6.3 给定信号作用下的稳态误差分析63

3.6.4 扰动信号作用下的稳态误差分析67

3.7 PID基本控制作用对系统性能的影响69

3.7.1 比例（P）控制69

3.7.2 比例加微分（PD）控制73

3.7.3 积分（I）控制78

3.7.4 比例加积分（PI）控制79

3.7.5 比例加积分加微分（PID）控制85

3.8 解题示范87

学习指导与小结93

习题96

第4章 根轨迹法100

4.1 根轨迹的基本概念100

4.2 根轨迹的定义及根轨迹方程102

4.3 绘制根轨迹的基本法则104

4.3.1 绘制根轨迹的基本法则104

4.3.2 闭环极点的确定115

4.3.3 增加开环零、极点对根轨迹的影响116

4.4 解题示范118

学习指导与小结123

习题124

第5章 线性系统的频率响应法126

5.1 频率特性126

5.1.1 基本概念126

5.1.2 频率特性的定义129

5.1.3 频率特性的几何表示法129

5.2 典型环节的频率特性130

5.3 控制系统的开环频率特性138

5.3.1 开环极坐标图138

5.3.2 开环伯德图143

5.3.3 最小相位系统与非最小相位系统144

5.4 奈奎斯特稳定判据146

5.4.1 辅助函数F（s）146

5.4.2 幅角原理147

5.4.3 奈氏判据148

5.4.4 伯德图上的稳定性判据155

5.5 用开环频率特性分析系统性能157

5.5.1 稳定裕度157

5.5.2 开环频域指标与时域性能指标的关系160

5.5.3 三频段与系统性能163

5.6 闭环频率特性165

5.6.1 闭环频率特性与开环频率特性的关系165

5.6.2 闭环频域指标165

5.7 解题示范166

学习指导与小结173

习题175

第6章 控制系统的校正178

6.1 校正的基本概念178

6.1.1 校正的定义178

6.1.2 校正方式179

6.1.3 设计方法180

6.2 频率法串联校正181

6.2.1 串联超前校正181

6.2.2 串联滞后校正185

6.2.3 串联滞后一超前校正191

6.2.4 PID调节器192

6.3 控制系统的复合校正201

6.3.1 按扰动补偿的复合校正202

6.3.2 按输入补偿的复合校正204

6.4 解题示范205

学习指导与小结213

习题214

第7章 控制系统的MATLAB仿真与模拟实验218

7.1 MATLAB简介218

7.1.1 MATLAB的安装218

7.1.2 MATLAB工作界面219

7.1.3 MATLAB命令窗口220

7.2 MATLAB基本操作命令221

7.2.1 简单矩阵的输入221

7.2.2 复数矩阵输入222

7.2.3 MATLAB语句和变量222

7.2.4 语句以“%”开始和以分号“；”结束的特殊效用223

7.2.5 工作空间信息的获取、退出和保存223

7.2.6 常数与算术运算符223

7.2.7 MATLAB图形窗口224

7.2.8 MATLAB编程指南224

7.3 MATLAB在控制系统中的应用225

7.3.1 用MATLAB建立传递函数模型225

7.3.2 用MATLAB求系统的零点、极点及特征多项式229

7.3.3 用MATLAB绘制二维图形232

7.3.4 用MATLAB分析控制系统性能235

7.4 Simulink方法建模与仿真253

7.5 自动控制理论模拟实验与Simulink仿真257

实验一 典型环节及阶跃响应测试258

实验二 系统频率特性测量263

实验三 连续系统的频率法串联校正269

附录1 拉普拉斯（Laplace）变换275

附录2 MATLAB常用命令284

参考文献286