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第1章 绪论1

1.1控制系统举例1

1.2自动控制系统的基本概念3

1.2.1自动控制系统的工作原理3

1.2.2对控制系统的基本要求5

1.2.3控制系统的基本控制方式5

1.2.4自动控制系统的基本组成7

1.2.5自动控制系统的名词术语8

1.3自动控制系统的分类8

1.3.1按输入量的变化规律进行分类8

1.3.2按系统中传递信号的性质分类9

1.4控制理论发展简史9

1.5本课程的教学方法12

习题12

第2章 控制系统的数学模型14

2.1概念14

2.1.1数学模型的概念14

2.1.2线性系统与非线性系统14

2.2控制系统的微分方程15

2.2.1建立微分方程的基本步骤15

2.2.2机械系统的微分方程16

2.2.3电气系统的微分方程18

2.2.4机电系统的微分方程20

2.2.5非线性微分方程的线性化22

2.3拉氏变换和反变换23

2.3.1拉氏变换的定义23

2.3.2几种典型函数的拉氏变换23

2.3.3拉氏变换的性质27

2.3.4拉氏反变换29

2.3.5应用拉氏变换解线性微分方程32

2.4传递函数33

2.4.1传递函数的定义33

2.4.2典型环节的传递函数35

2.5系统的方框图和信号流图41

2.5.1系统方框图的组成41

2.5.2环节的基本连接方式42

2.5.3方框图的变换与简化44

2.5.4系统的信号流图及其简化46

2.5.5梅逊公式及其应用49

习题51

第3章 控制系统的时域分析53

3.1时间响应与典型输入信号53

3.1.1 时间响应及其组成53

3.1.2典型输入信号54

3.1.3瞬态响应的性能指标56

3.2阶系统的时间响应57

3.2.1一阶系统的数学模型57

3.2.2一阶系统的单位阶跃响应57

3.2.3一阶系统的单位脉冲响应58

3.2.4一阶系统的单位斜坡响应58

3.2.5线性定常系统时间响应的主要特征59

3.3二阶系统的时间响应59

3.3.1二阶系统的数学模型59

3.3.2二阶系统的单位阶跃响应60

3.3.3 二阶系统的单位脉冲响应63

3.3.4二阶系统的瞬态响应性能指标64

3.4高阶系统的时间响应67

3.4.1高阶系统的时间响应分析68

3.4.2高阶系统的简化69

3.4.3高阶系统的瞬态响应性能指标估算方法70

3.5计算机辅助时域分析70

习题72

第4章 控制系统的频率特性74

4.1频率特性的基本概念74

4.1.1频率响应与频率特性74

4.1.2频率特性的求取方法75

4.1.3频率特性的表示方法76

4.2典型环节的极坐标图78

4.2.1比例环节78

4.2.2积分环节79

4.2.3微分环节79

4.2.4惯性环节79

4.2.5一阶微分环节80

4.2.6振荡环节80

4.2.7二阶微分环节81

4.2.8延迟环节82

4.2.9系统奈奎斯特图的画法82

4.3典型环节的对数坐标图84

4.3.1比例环节84

4.3.2积分环节84

4.3.3微分环节85

4.3.4惯性环节85

4.3.5一阶微分环节86

4.3.6振荡环节87

4.3.7二阶微分环节88

4.3.8延迟环节89

4.3.9伯德图的一般绘制方法89

4.4系统开环频率特性的实验确定方法92

4.4.1开环频率特性的实验分析法92

4.4.2由实验的开环对数坐标图确定（估计）系统的开环频率特性93

4.5闭环频率特性及频域性能指标96

4.5.1闭环频率特性96

4.5.2闭环系统的频域性能指标97

4.5.3系统的频域指标与时域指标之间的关系98

4.6最小相位系统与非最小相位系统99

4.6.1最小相位传递函数与最小相位系统99

4.6.2产生非最小相位的一些环节100

习题101

第5章 控制系统的稳定性103

5.1稳定性的基本概念103

5.1.1稳定性的定义103

5.1.2控制系统的稳定性条件103

5.1.3线性系统稳定的充分必要条件105

5.2代数稳定性判据105

5.2.1劳斯判据105

5.2.2赫尔维茨判据108

5.3几何稳定性判据110

5.3.1幅角定理110

5.3.2奈奎斯特稳定性判据112

5.3.3对数频率特性的稳定性判据115

5.4系统的相对稳定性117

5.4.1相位稳定裕度117

5.4.2幅值稳定裕度118

5.4.3影响系统稳定性的主要因素120

5.5切削的数学模型及稳定性分析120

5.5.1切削系统的数学模型121

5.5.2切削稳定性分析122

习题124

第6章 控制系统的根轨迹126

6.1根轨迹与控制系统特性126

6.1.1根轨迹的基本概念126

6.1.2根轨迹与系统性能127

6.2绘制根轨迹的基本法则128

6.2.1绘制根轨迹的相位条件和幅值条件128

6.2.2绘制根轨迹的基本规则130

6.3用根轨迹分析控制系统的性能139

6.3.1根轨迹确定系统的有关参数139

6.3.2指定K1时的闭环传递函数141

6.3.3确定具有指定阻尼比ξ的闭环极点和单位阶跃响应142

6.4利用MATLAB绘制系统根轨迹143

习题149

第7章 控制系统的误差分析151

7.1误差的概念151

7.1.1误差151

7.1.2偏差信号151

7.1.3误差信号152

7.1.4期望输出信号的确定152

7.1.5偏差信号与误差信号的关系152

7.2系统的类型152

7.3静态误差153

7.3.1静态误差系数和静态误差的计算154

7.3.2干扰输入作用下的静态误差158

7.3.3复合控制系统的误差分析158

7.4动态误差159

7.5工程中的误差分析实例160

习题163

第8章 控制系统的综合与校正165

8.1控制系统校正的基本概念165

8.1.1控制系统校正与校正装置165

8.1.2控制系统的性能指标165

8.1.3校正方式166

8.2校正装置及其特性167

8.2.1超前校正装置167

8.2.2滞后校正装置168

8.2.3滞后—超前校正装置170

8.3串联校正171

8.3.1相位超前校正171

8.3.2相位滞后校正173

8.3.3串联滞后—超前校正174

8.4并联校正176

8.4.1反馈校正176

8.4.2前馈校正（复合校正）179

8.5控制器类型180

8.6控制器控制规律的实现181

8.6.1 PD控制规律的实现181

8.6.2 PI控制规律的实现183

8.6.3 PID控制规律的实现184

8.7按期望特性设计控制器186

8.8工程中的控制系统设计实例187

习题195

参考文献197