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第一章 绪论1

第一节 概述1

目录1

第二节 控制系统的工作原理及组成2

一、控制系统的工作原理2

二、控制系统的组成4

三、控制系统的方框图表示法4

第三节 控制系统的分类5

一、开环控制系统与闭环控制系统5

二、定值控制、随动控制和程序控制系统6

四、连续与离散控制系统8

三、线性与非线性控制系统8

五、单变量与多变量控制系统9

第四节 控制系统的研究内容和方法9

一、控制系统的研究内容9

二、控制系统的研究方法9

习题10

第二章 控制系统的数学模型11

第一节 环节特性及其数学描述11

一、环节的特性11

二、环节微分方程的理论推导12

三、非线性特性的线性化处理及增量方程式19

四、物理过程的类比21

第二节 传递函数与典型环节的阶跃响应22

一、传递函数的基本概念22

二、典型环节的传递函数及其阶跃响应24

第三节 方框图32

一、方框图的组成32

二、方框图的基本运算33

三、方框图的等效变换35

四、方框图的简化36

五、利用方框图推演环节的传递函数38

二、信号流图的性质40

一、信号流图的组成元件及名词术语40

第四节 信号流图40

三、信号流图的运算法则41

四、利用信号流图简化，求系统的传递函数43

五、梅森增益公式及其应用43

第五节 动态特性的实验测试法46

一、实验测试方法46

二、阶跃信号测试法的数据处理47

三、矩形脉冲信号测试法51

第六节 控制系统的数学模型52

习题55

二、斜坡函数61

一、阶跃函数61

三、抛物线函数61

第一节 典型输入信号61

第三章 时域分析法61

四、单位脉冲函数62

第二节 系统的过渡过程和性能指标62

一、系统的过渡过程62

二、过渡过程的性能指标63

第三节 控制系统的稳定性分析65

一、稳定性的一般概念65

二、系统稳定的条件65

三、代数稳定判据67

四、代数判据的应用71

二、稳态误差的计算73

一、稳态误差的一般概念73

第四节 控制系统的稳态误差73

三、参比信号作用下的稳态误差与系统结构、参数的关系75

四、静态误差系数77

五、干扰信号作用下的稳态误差与系统结构、参数的关系79

六、提高系统稳态精度的方法81

第五节 控制系统的动态性能分析82

一、一阶系统分析82

二、二阶系统分析86

三、高阶系统的近似分析97

第六节 基本控制规律对系统性能的影响99

一、比例控制作用分析99

二、微分控制作用分析100

三、积分控制作用分析101

第七节 电子模拟计算机在系统分析中的应用103

一、电子模拟计算机104

二、控制系统的模拟104

三、传递函数的模拟109

习题112

第四章 根轨迹法117

第一节 根轨迹的基本概念117

一、闭环传递函数与开环传递函数117

二、根轨迹的概念118

第二节 根轨迹的求作119

一、图解法求作根轨迹的基本条件119

二、根轨迹的作图规则122

三、非K参变量的根轨迹135

第三节 特征根与过渡过程性能指标的关系138

一、系统的稳定条件138

二、特征根的位置与过渡过程性能指标的关系139

三、主导极点142

第四节 控制系统的根轨迹分析法143

一、放大系数的改变对系统质量的影响143

二、开环极点对系统的影响145

三、开环零点对系统的影响147

四、控制器参数对系统的影响149

五、闭环零点对系统的影响151

六、环外极点对系统的影响154

第五节　控制系统的根轨迹综合与校正158

一、开环系统放大系数的确定159

二、串联微分（超前）校正160

三、串联积分（滞后）校正163

四、串联积分-微分校正165

五、控制器参数的整定166

习题168

第五章 频率特性法173

第一节　频率特性的基本概念173

一、频率特性与传递函数的关系174

二、频率特性的图示法175

第二节　典型环节的频率特性177

一、比例环节177

二、积分环节178

三、微分环节179

四、一阶滞后环节179

五、一阶微分环节181

六、振荡环节182

七、二阶微分环节185

八、纯滞后环节186

九、理想比例积分控制器（PI控制器）186

十、理想比例积分微分控制器（PID控制器）187

第三节 开环控制系统的波特图188

一、开环控制系统波特图的绘制188

二、最小相位系统191

第四节 开环系统的奈魁斯特图193

第五节 频率特性的实验测试196

一、频率特性实验分析的方法196

二、由波特图确定系统的传递函数197

三、频率特性实验时应注意的问题198

第六节 奈魁斯特稳定性判据199

一、开环系统和闭环系统的特征方程式200

二、奈魁斯特稳定判据201

三、奈魁斯特稳定判据的普遍情况203

四、关于零根的处理204

五、奈魁斯特稳定判据的物理意义208

六、时数幅相频率特性的稳定性判据209

第七节 稳定裕度210

一、相位裕度和增益裕度211

二、相位裕度和增益裕度与系统性能之间的关系212

第八节 控制系统的频率法校正214

一、串联校正214

二、反馈校正223

三、串联校正与反馈校正的比较224

习题225

第六章 采样控制系统228

第一节 信号的采样与恢复228

一、信号采样及数学描述229

二、采样定理231

三、信号的恢复与零阶保持器234

一、z变换的定义236

第二节 z变换236

二、z变换的求法237

三、z变换的基本定理239

四、z反变换242

第三节 采样系统的数学模型244

一、差分方程244

二、由微分方程求近似差分方程245

三、用z变换法解差分方程247

四、脉冲传递函数248

五、开环系统的脉冲传递函数249

六、闭环脉冲传递函数253

一、采样系统的稳定性分析257

第四节 采样系统的分析257

二、采样系统的稳态误差261

三、采样系统的动态性能分析265

四、根轨迹法在分析采样系统中的应用267

五、对数频率法在分析采样系统中的应用271

第五节 采样系统的校正与设计273

一、连续校正与数字校正273

二、最少拍采样系统的设计274

习题280

第七章 状态空间分析法283

第一节 状态空间的基本概念283

一、状态、状态变量和状态空间283

二、状态方程和输出方程286

第二节 系统的状态空间表达式288

一、由高阶微分方程式导出状态空间表达式288

二、由传递函数导出状态空间表达式293

三、传递矩阵、特征方程和线性变换300

四、线性离散系统的状态空间表达式309

第三节 状态方程的求解及转移矩阵314

一、连续线性定常系统状态方程的齐次解314

二、状态转移矩阵316

三、连续线性定常系统状态方程的非齐次解320

四、线性离散系统状态方程的求解323

第四节 线性系统的可控性和可观测性329

一、状态可控性329

二、输出完全可控的条件335

三、状态可观测性336

四、可控性、可观测性和传递函数的关系339

第五节 用状态空间法分析和综合控制系统339

一、状态反馈和极点的任意配置339

二、状态观测器343

三、解耦控制系统347

习题351

附录354

附录一 拉氏变换基本定理354

附录二 拉氏变换对照表354

附录三 阵矩的定义及性质355

参考文献358