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第一章 概述1

第一节 控制理论的发展1

第二节 控制系统的组成2

第三节 控制系统的主要类型4

第四节 本书的主要内容6

第二章 对象及其他环节的动态特性7

第一节 一阶特性8

一、对象或环节数学模型的建立8

第三节 根轨迹作图法13

二、一阶对象或环节的特性14

三、数学模型的无因次化17

第二节 二阶特性18

一、二阶数学模型的建立18

二、二阶对象的特性21

第三节 纯滞后特性24

第四节 其他特性25

一、积分特性26

二、高阶特性26

第五节 传递函数与方块图28

一、传递函数28

二、方块图29

三、利用方块图推演对象的动态特性举例35

一、信号流图及有关术语39

第六节 信号流图39

二、信号流图的运算40

三、信号流图与方块图42

四、应用信号流图推演对象的数学模型举例42

第七节 对象动态特性的测试44

一、实验测试46

二、数据处理46

第三章 系统的时域分析方法59

第一节 调节系统的数学模型59

二、一阶系统的暂态响应65

一、典型试验信号65

第二节 调节系统的过渡过程65

三、二阶系统的暂态响应68

四、高阶系统的试差求解77

第三节 劳斯稳定判据80

第四节 过渡过程的质量指标83

一、以过渡过程形式表示的质量指标83

二、误差性能指标87

第五节 常规调节规律及其对系统调节质量的影响93

一、常规调节器的调节规律93

二、调节器参数对调节过程的影响98

第六节 测量滞后对调节质量的影响98

一、电子模拟计算机的运算器101

第七节 电子模拟计算机及其在系统分析中的应用101

二、应用电子模拟计算机求解微分方程式104

三、线性自动调节系统的模拟110

第四章 根轨迹分析方法123

第一节 概述123

第二节 特征根与过渡过程的关系123

一、系统的稳定条件124

二、特征根与过渡过程的关系124

三、调节系统质量指标在根平面上的表示128

一、开环与闭环极点131

二、解析法求取根轨迹132

三、图解法绘制根轨迹134

第四节 调节系统的分析与设计147

一、开环极点对系统质量的影响148

二、开环零点对系统质量的影响150

三、比例积分调节153

四、从闭环零极点求取过度过程156

第五节 闭环零点及环外极点对调节质量的影响158

一、闭环零点及其影响158

二、环外极点对质量的影响162

第五章 频率特性分析法165

第一节 频率特性及其图示法165

一、频率特性传递函数的关系166

二、频率特性的图示法169

三、频率特性的实验测定法186

第二节 奈魁斯特稳定判据186

一、围线映射原理186

二、奈魁斯特稳定判据189

三、奈魁斯特稳定判据的物理意义195

第三节 稳定裕度及其在系统分析与设计中的应用196

一、稳定裕度及其与过渡过程之间的关系197

二、控制系统分析与设计的稳定裕度法203

第四节 衰减频率特性及其在系统分析与设计中的应用211

二、衰减频率特性曲线的绘制212

一、衰减频率特性212

三、衰减比判据--奈魁斯特准则的推广应用215

四、衰减频率特性分析设计法216

第五节 闭环频率特性及按M最大值的系统分析设计法218

一、闭环频率特性及特性曲线的绘制218

二、闭环幅频特性与调节系统品质之间的关系224

三、最大M值分析设计法227

第六章 非线性系统233

第一节 概述233

第二节 描述函数及其分析法235

一、描述函数235

二、描述函数分析法247

第三节 相平面及其分析法254

一、概述254

二、相轨迹作图法256

三、相轨迹图的特征260

四、由相平面轨迹图求取时间特性的方法262

五、非线性系统的相平面分析法263

第四节 非线性系统的李雅普诺夫稳定性分析法270

一、非线性系统稳定性的一般定义271

二、李雅普诺夫稳定性分析法272

一、平稳随机过程的概述277

第一节 平稳随机过程和各态历经性简介277

第七章 控制系统的统计分析方法277

二、各态历经性279

第二节 相关函数280

一、相关函数的概念280

二、相关函数的性质及其物理意义283

三、自相关函数和互相关函数的关系285

第三节 谱密度288

一、谱密度的概念288

二、谱密度和相关函数的关系292

三、双边拉氏变换及其在谱论上的应用293

四、谱密度的传递301

五、谱密度的关系304

六、用相关分析方法来估计传递函数的例子307

第四节 有关随机信号的控制系统的设计314

一、反馈控制系统的误差314

二、最优线性滤波器317

三、反馈控制系统的最优参数整定322

第八章 离散系统与Z变换324

第一节 离散系统及连续系统的离散化324

一、采样器324

二、保持器326

三、采样定律327

四、微分方程的差分化328

第二节 Z变换及改进Z变换331

一、Z变换331

二、Z变换的几个性质333

三、改进Z变换334

四、Z反变换337

五、应用Z变换求解差分方程式340

六、脉冲传递函数340

第三节 离散系统的分析与设计346

一、Z变换分析法346

二、离散系统的稳定性349

三、Z平面中的分析与设计353

四、频率特性平面中的分析与设计357

五、采样调节器的设计359

第九章 状态空间分析方法366

第一节 状态空间概述366

一、引言366

二、状态变量和状态空间366

三、矩阵状态方程369

第二节 状态空间分析方法370

一、控制系统的状态空间表达式370

二、特征方程与特征根382

三、线性定常系统状态方程求解及状态转移矩阵385

四、二阶线性系统的状态空间表达式及求解388

五、状态方程与传递矩阵的关系390

六、离散系统的状态空间表达式395

七、离散系统状态方程的求解397

八、连续系统状态方程的离散化399

第三节 数字计算机模拟401

一、概述401

二、动态系统数字模拟的计算方法402

三、控制系统的数字模拟407

第十章 最优控制412

第一节 概述412

一、最优控制问题的特征412

二、可控性415

三、可观测性418

第二节 最优控制中的变分法421

一、变分法的基本命题与最优控制的基本类型421

二、欧拉-拉格朗奇方程422

三、拉格朗奇乘子法427

第三节 极小值原理430

一、汉密尔顿函数431

二、极小值原理433

三、用极小值原理求解最优控制问题的一般步骤436

第四节 动态规划法437

一、最优化原则437

二、汉密尔顿-雅可比方程440

第五节 最优控制系统举例-最小时间控制443

附录447

附录一、拉氏变换的基本定理447

附录二、拉氏变换对照表447

附录三、Z变换表449

附录四、矩阵452

一、矩阵定义452

二、矩阵的代数运算454

三、矩阵的逆变换455

四、矩阵的导数和积分455

五、凯利-汉密尔顿定理456