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第一章 自动控制系统的基本概念1

§1-1 自动控制和自动控制系统1

目录1

一、人工控制2

二、自动控制3

§1-2 自动控制系统的方框图与基本环节4

§1-3 自动控制系统的基本类型8

一、恒值控制系统和随动控制系统8

二、线性控制系统和非线性控制系统8

三、连续控制系统和采样控制系统9

二、准确性10

三、快速性10

§1-4　对自动控制系统的要求及本课程的基本任务10

一、稳定性10

小结11

思考题及习题11

第二章 控制系统的数学模型13

§2-1　动态微分方程的建立13

§2-2　传递函数18

一、传递函数的概念19

二、典型环节及其传递函数22

§2-3　系统动态结构图27

§2-4　结构图的等效变换及系统传递函数32

一、环节组合的基本结构图及其传递函数32

二、综合点与引出点的变位移动35

三、自动控制系统的传递函数36

四、系统传递函数求取举例37

五、梅逊（S．J．Mason）公式42

小结45

思考题45

习题46

一、典型输入信号51

§3-1　典型输入信号和时域性能指标51

第三章　时域分析法51

二、输入量为单位阶跃函数时系统的暂态性能指标53

§3-2　控制系统的稳定性分析53

一、线性系统稳定性的概念和稳定的充分必要条件53

二、劳斯判据54

三、古尔维茨判据57

四、代数判据的应用58

§3-3　控制系统的暂态响应分析60

一、一阶系统的暂态响应分析60

二、二阶系统的暂态响应分析62

三、二阶系统的暂态性能指标64

四、高阶系统的暂态响应分析69

一、给定稳态误差70

§3-4　控制系统的稳态误差分析70

二、扰动稳态误差73

三、减小稳态误差的方法75

小结75

思考题及习题76

第四章　根轨迹法79

§4-1　根轨迹的基本概念及绘制条件79

一、根轨迹的基本概念79

二、根轨迹方程及绘制条件80

§4-2　绘制根轨迹的基本规则81

三、根轨迹的对称性82

四、实轴上的根轨迹82

一、根轨迹的起点和终点82

二、根轨迹的分支数82

五、根轨迹的渐近线83

六、根轨迹的分离点与会合点84

七、根轨迹的入射角和出射角85

八、根轨迹与虚轴的交点86

九、根之和86

§4-3　根轨迹绘制举例87

§4-4　参量根轨迹的绘制91

一、闭环零、极点分布与阶跃响应的定性关系93

§4-5　用根轨迹法分析自动控制系统93

二、控制系统根轨迹分析举例94

三、用根轨迹法分析系统的一般步骤95

§4-6　根轨迹的改造95

一、增加开环零点对根轨迹的影响95

二、增加开环极点对根轨迹的影响96

三、增加开环偶极子对根轨迹的影响97

小结97

习题98

§5-1　频率特性100

一、定义100

第五章　频率法100

二、频率特性的图示101

三、系统频率特性与传递函数的关系102

§5-2　频率特性的极坐标图103

一、典型环节的频率特性及其极坐标图103

二、开环系统的极坐标图105

§5-3　奈奎斯特（Nyquist）稳定性判据107

一、幅角原理107

二、奈奎斯特（N氏）曲线108

三、条奎斯特判据（N氏判据）108

一、最小相位系统和非最小相位系统111

二、系统的稳定裕量111

§5-4　系统稳定的性能指标111

§5-5　频率特性的对数坐标图（Boce图）112

一、Bode图112

二、典型环节的Bode图112

三、开环系统的Bode图115

§5-6　系统的Bode图分析116

一、稳定性能的分析116

二、稳态性能的分析119

三、暂态性能的分析121

一、时域性能指标与ζ的关系123

二、频域性能指标与ζ的关系123

§5-7　二阶系统的频率特性与ζ的关系123

三、二阶系统的频率特性与暂态性能的关系124

§5-8　闭环幅频特性的描绘124

一、等M圆125

二、应用等M圆族确定Mr、ωr和ωb126

三、应用等M圆求相角裕量126

四、开环频率特性的对数幅-相图127

五、尼科尔斯（Nichols）图128

六、利用尼科尔斯（Nichols）图线确定性能指标128

小结129

思考题及习题130

二、校正方式132

一、什么是系统校正和校正装置132

第六章 控制系统的综合校正132

§6-1　系统校正概述132

三、性能指标133

四、校正装置的设计方法134

§6-2　常用校正装置及其特性135

一、超前校正装置135

二、滞后校正装置136

三、滞后-超前校正装置137

§6-3　用根轨迹法进行串联校正139

一、串联超前校正139

二、串联滞后校正141

一、用伯德图进行串联超前校正142

§6-4　用频率法进行串联校正142

二、用伯德图进行串联滞后校正145

三、用伯德图进行串联滞后-超前校正147

§6-5　按希望模型进行串联校正149

一、典型二阶开环模型及其特性150

二、按最佳二阶开环模型校正系统150

三、应用二阶最佳模型设计校正装置的一般步骤和方法151

§6-6　局部反馈校正152

一、局部反馈校正的方法153

§6-7　复合校正154

二、举例154

一、反馈控制与前置校正的复合控制155

二、反馈控制与扰动补偿校正的复合控制156

小结157

习题157

第七章　非线性控制系统159

§7-1　典型非线性特性及其对系统性能的影响159

一、饱和特性159

二、死区特性159

三、回环特性160

四、继电器特性160

§7-2　描述函数法161

一、描述函数法的基本思想和应用条件162

二、描述函数的表示式162

三、典型非线性元件的描述函数163

§7-3　用描述函数法研究非线性控制系统174

一、非线性控制系统的稳定性分析174

二、非线性控制系统的自振荡分析175

三、应用举例176

四、系统的校正180

小结182

习题182

一、采样脉冲控制系统186

§8-1　采样控制系统的基本概念186

第八章　采样控制系统186

二、采样数字控制系统188

§8-2　采样过程与采样定理189

一、采样过程189

二、采样定理191

三、信号复现192

§8-3　z变换195

一、z变换的定义195

二、z变换的求取196

三、z变换的基本定理198

四、z反变换202

§8-4　采样控制系统的数学模型203

一、差分方程203

二、脉冲传递函数207

§8-5　采样控制系统的时域分析212

一、采样控制系统的稳定性212

二、采样控制系统的暂态性能215

三、采样控制系统的稳态误差218

小结220

思考题及习题220

附录223

参考文献225