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上篇3

第1章 自动控制的一般概念3

1.1自动控制的基本概念与方式3

1.1.1自动控制的基本概念3

1.1.2自动控制系统的基本控制方式4

1.2自动控制系统的分类6

1.3对控制系统性能的基本要求及评价8

1.3.1对控制系统的基本要求8

1.3.2对控制系统性能的评价9

本章小结12

习题12

第2章 控制系统的数学模型14

2.1线性定常系统微分方程的建立及求解14

2.1.1线性定常系统微分方程的建立14

2.1.2线性定常系统微分方程的求解16

2.2线性定常系统的传递函数17

2.2.1传递函数的基本概念17

2.2.2传递函数的求解方法17

2.2.3传递函数的性质19

2.3控制系统的结构图及其等效变换19

2.3.1结构图的组成和绘制19

2.3.2结构图的等效变换及化简20

2.3.3控制系统各类传递函数的确定方法24

2.4控制系统的信号流图26

2.4.1信号流图的基本概念26

2.4.2信号流图的绘制27

2.4.3梅森增益公式及其应用29

本章小结31

习题32

第3章 线性系统的时域分析法34

3.1一阶系统的时域分析34

3.1.1一阶系统描述34

3.1.2其他典型输入信号的一阶系统输出响应35

3.2二阶系统的时域分析36

3.2.1二阶系统描述36

3.2.2二阶欠阻尼系统的性能指标计算40

3.3控制系统的稳定性分析43

3.3.1稳定的基本概念43

3.3.2劳斯稳定判据44

3.4控制系统的稳态误差分析47

3.4.1误差与稳态误差的关系47

3.4.2控制系统类型48

3.4.3给定信号作用下的稳态误差48

本章小结51

习题52

第4章 线性系统的根轨迹法53

4.1根轨迹的基本概念53

4.1.1根轨迹的概念53

4.1.2根轨迹方程54

4.2根轨迹绘制的基本法则55

4.2.1绘制根轨迹的基本法则55

4.2.2闭环系统零点、极点与时间响应性能的关系62

本章小结62

习题62

第5章 线性系统的频率特性法64

5.1频率特性的概述64

5.1.1频率特性的基本概念64

5.1.2开环传递函数典型环节的分解66

5.1.3系统典型环节与开环频率特性的对应关系66

5.2典型环节及系统开环频率特性的绘制67

5.2.1典型环节的极坐标图67

5.2.2系统开环极坐标图的绘制70

5.2.3典型环节的对数坐标图73

5.2.4系统开环对数坐标图的绘制78

5.3频率域线性系统的稳定性分析80

5.3.1奈氏判据中的相关概念80

5.3.2奈奎斯特稳定判据的简化描述81

5.3.3奈奎斯特稳定判据在频率特性曲线上的应用82

5.4频率域线性系统的相对稳定性分析85

5.4.1幅值穿越频率和相位裕量85

5.4.2相位穿越频率和幅值裕量86

5.4.3开环对数幅频特性曲线与系统性能之间的关系87

本章小结88

习题88

第6章 线性离散系统的分析90

6.1线性离散系统的概述90

6.1.1线性离散系统的基本结构90

6.1.2线性离散系统的相关概念91

6.2 z变换理论93

6.2.1 z变换的描述93

6.2.2 z变换的求解方法93

6.2.3 z反变换95

6.2.4 z变换在求解差分方程中的应用96

6.3离散系统的数学模型97

6.3.1脉冲传递函数的定义97

6.3.2脉冲传递函数的求解97

6.3.3开环系统的脉冲传递函数98

6.3.4闭环系统的脉冲传递函数100

6.3.5脉冲传递函数与差分方程的相互转换101

6.4离散系统的动态性能分析101

6.5离散系统的稳定性分析102

6.5.1 z域内离散系统稳定的充分必要条件103

6.5.2离散系统的劳斯稳定判据104

6.6离散系统的稳态误差分析105

6.6.1单位阶跃信号输入时系统的稳态误差106

6.6.2单位斜坡信号输入时系统的稳态误差106

6.6.3单位加速度信号输入时系统的稳态误差107

本章小结108

习题108

第7章 非线性系统分析110

7.1非线性系统的基本概念110

7.1.1非线性系统的数学描述110

7.1.2非线性特性的分类110

7.1.3非线性系统的特点112

7.2非线性系统的描述函数分析法112

7.2.1描述函数的基本概念112

7.2.2求解非线性特性的描述函数114

7.2.3用描述函数法分析非线性系统的稳定性116

7.3非线性系统的相平面分析法119

7.3.1相平面的基本概念119

7.3.2绘制相轨迹120

7.3.3用相平面法分析非线性系统122

本章小结128

习题129

第8章 线性系统的状态空间分析与综合131

8.1线性系统的状态空间描述131

8.1.1线性系统状态空间描述的基本概念131

8.1.2线性定常系统状态空间表达式的建立方法133

8.1.3线性定常系统状态方程的解139

8.1.4状态空间表达式与系统传递函数矩阵的关系141

8.2线性系统的可控性与可观性142

8.2.1可控性与可观测性的基本概念142

8.2.2线性定常系统可控性和可观性的判断方法143

8.3线性定常系统的线性变换145

8.3.1线性定常系统状态空间表达式的线性变换146

8.3.2线性定常系统结构分解151

8.4线性定常系统的反馈结构及状态观测器157

8.4.1线性定常系统的反馈结构及其对系统特性的影响157

8.4.2线性定常系统的极点配置158

8.4.3全维状态观测器及其设计160

8.5李雅普诺夫稳定性分析163

8.5.1基本概念163

8.5.2线性定常系统的李雅普诺夫稳定性分析165

本章小结166

习题167

下篇173

第9章 自动控制理论的综合173

9.1线性系统数学模型的建立方法173

9.1.1原理描述173

9.1.2举例说明数学模型的建立及求解方法173

9.2线性系统时域分析法的应用177

9.2.1由系统结构图或响应曲线确定传递函数或系统中的参数177

9.2.2确定系统的传递函数并分析稳定性和稳态误差等情况179

9.2.3由开环传递函数确定主导极点与闭环系统动态特性的关系180

9.2.4由状态反馈矩阵求解与时间t=0有关的系数矩阵A180

9.3线性系统根轨迹法的应用181

9.4线性系统频率特性法的应用185

9.4.1线性系统频率特性法描述185

9.4.2线性系统频率特性与传递函数的关系189

9.5线性离散控制系统的设计及应用192

9.6非线性系统的设计及应用196

9.6.1用描述函数法分析非线性系统196

9.6.2用相平面法分析非线性系统199

9.6.3非线性系统性能分析202

9.7状态空间法设计及应用204

9.7.1确定状态空间表达式的相关问题205

9.7.2给定状态空间表达式或传递函数确定相关问题207

9.7.3设计状态反馈及状态反馈矩阵K212

9.7.4已知状态空间表达式设计全维状态观测器213

9.7.5线性离散系统的状态空间表达式求解及稳定性分析215

9.8控制系统的综合校正与设计217

9.8.1基础知识介绍217

9.8.2由已知条件对系统进行校正实现219

附录A226

参考文献231