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目录1

前言1

第一章绪论1

第一节自动控制1

第二节 自动控制系统的基本属性1

第三节 自动控制系统的基本结构3

一、开环控制系统4

二、闭环控制系统6

习题10

第二章线性动态系统11

第一节动态系统及状态11

一、系统—黑盒11

二、什么是动态系统，什么是状态12

第二节关于动态系统的线性14

第三节线性动态系统的状态空间描述15

一、单输入单输出系统15

二、多输入多输出系统17

三、状态变量的非唯一性20

第四节状态空间描述的Laplace变换20

一、对Laplace变换的复习20

二、状态空间描述的拉氏变换22

第五节状态转移矩阵23

一、用拉氏变换求解状态转移矩阵23

二、状态转移矩阵的指数形式25

一、传递函数26

第六节线性动态系统的输入输出描述26

二、冲激响应函数28

第七节完全表征30

本章小结32

习题33

第三章传递函数的建立35

第一节传递函数方框图35

一、传递函数方框图的建立35

二、方框图的变换规则37

第二节环节的传递函数及负载效应41

一、传递函数的基本因子及典型环节41

二、负载效应45

一、复阻抗46

第三节电气环节的传递函数46

二、由运算放大器构成的环节48

第四节发电机励磁控制系统50

一、励磁控制系统的构成及动作原理50

二、发电机的传递函数52

三、功率励磁装置的传递函数54

四、励磁控制系统的传递函数方框图55

第五节信号流图及Mason公式56

一、信号流图56

二、Mason公式57

第六节 由传递函数求状态空间描述60

一、由传递函数方框图绘制状态变量模拟图60

二、传递函数的实现62

本章小结66

习题67

第四章反馈控制系统的性能及暂态、稳态性能分析71

第一节反馈控制系统性能概述71

一、以单位反馈系统作为研究的主要对象71

二、性能与误差的关系73

三、性能与输入的关系74

四、性能准则75

第二节暂态性能76

第三节二阶系统的暂态性能分析79

一、典型二阶系统及其暂态响应79

二、性能指标与闭环极点位置的关系82

三、非典型二阶系统86

第四节高阶系统的暂态性能与闭环零、极点配置的关系87

一、闭环零、极点及留数87

二、闭环主导极点89

第五节参考输入作用下的稳态误差分析90

一、系统按稳态误差划分的型90

二、稳态误差分析91

第六节扰动对稳态误差的影响及补偿措施94

一、调差率94

二、稳态误差的消除与所需调差率的获得97

本章小结100

习题101

一、频率响应与频率特性104

第一节频率特性104

第五章频率特性104

二、由零、极点配置确定频率特性107

第二节频率特性的极坐标图（Nyquist图）108

一、一阶环节的极坐标图108

二、二阶环节的极坐标图110

三、高阶系统极坐标图的一般形状111

第三节频率特性的对数坐标图（Bode图）114

一、Bode图及其特点114

二、基本因子的Bode图115

三、Bode图的合成法121

第四节 由闭环频率特性估计暂态性能126

一、频域带宽与暂态性能的关系126

二、频域谐振峰值与时域过调量的关系128

第五节 由开环Nyquist图确定闭环频率特性129

本章小结132

习题133

第六章稳定性分析135

第一节 线性系统有界输入有界输出（BIBO）稳定性135

第二节特征方程与稳定性的关系137

第三节Liapunov稳定性及渐近稳定性138

一、自由系统的平衡状态138

二、Liapunov稳定性与渐近稳定性的定义139

第四节 Liapunov直接法141

一、基本定理141

二、Liapunov直接法在线性系统中的应用144

第五节Routh稳定判据145

一、Routh稳定判据146

二、利用Routh判据估计稳定裕量149

第六节复平面上的围线映射150

第七节Nyquist稳定判据153

一、基本思路153

二、Nyquist稳定判据155

三、虚轴上存在极点时的Nyquist稳定判据156

第八节稳定裕量158

一、利用开环Nyquist图确定稳定裕量158

二、相位裕量、幅值裕量与谐振峰值的关系160

一、利用Bode图确定稳定裕量163

第九节Bode图上的稳定性分析163

二、Bode定理介绍165

本章小结168

习题169

第七章 基于Bode图的设计及校正173

第一节设计概述173

第二节校正的任务与类型175

第三节并联校正与PID控制作用177

一、引入积分控制作用177

二、引入微分控制作用180

三、引入积分加微分控制作用182

第四节等效谐波输入法与稳态误差禁区184

一、等效谐波输入法185

二、稳态误差系数与禁区的关系188

第五节串联校正192

一、超前校正193

二、滞后校正197

三、滞后一超前校正201

第六节局部反馈校正204

一、削弱非线性的影响205

二、减小时间常数209

三、正反馈210

本章小结211

习题212

第八章根轨迹法214

第一节特征根的希望位置214

第二节什么是根轨迹法215

第三节根轨迹图的绘制218

一、幅角条件与幅值条件218

二、绘制根轨迹的一般规则219

第四节超前和滞后环节对根轨迹的影响229

一、超前环节对根轨迹的影响229

二、滞后环节对根轨迹的影响231

第五节基于根轨迹法的校正233

一、超前校正234

二、滞后校正238

本章小结239

习题239

一、什么是最佳控制问题242

第一节基于二次型性能指标的最佳控制问题242

第九章线性最佳控制系统242

二、最佳调节器问题243

第二节用Liapunov直接法求解最佳调节器问题245

一、最佳状态调节器问题的解？245

二、输出调节器问题转化成状态调节器问题247

第三节Riccati方程的解249

一、预备知识249

二、Riccati方程的唯一正定解249

第四节最佳调节器的频域分析253

一、频域中的重要关系式253

二、Nyquist图分析254

本章小结257

习题258

第十章非线性控制系统260

第一节非线性系统的特异现象260

一、典型静态非线性环节260

二、动态行为上的特异现象262

第二节Liapunov稳定概念的拓广264

一、关于参考轨迹的稳定性265

二、极限环的稳定性267

第三节描述函数268

第四节 用描述函数法分析非线性系统的稳定性276

一、谐波平衡方程276

二、在Nyquist图上的稳定性分析278

三、在Bode图上的稳定性分析282

本章小结286

习题287

第十一章离散系统289

第一节连续信号的采样与复现289

一、采样过程及其数学描述290

二、保持器292

三、采样定理294

第二节Z变换297

一、定义297

二、变换方法298

三、Z变换的性质302

四、Z反变换306

一、线性差分方程308

第三节离散系统的时域描述308

二、离散系统的状态方程310

三、用Z变换解差分方程314

第四节脉冲传递函数317

一、定义317

二、系统脉冲传递函数的求法318

第五节在Z平面上的稳定性分析322

一、Z平面上的稳定性322

二、稳定性的代数判据325

三、Nyquist稳定判据327

四、根轨迹法329

本章小结330

习题331