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第1章　自动控制系统的一般概念1

1.1 自动控制的含义1

1.2 自动控制系统的基本原理1

1.2.1 自动控制系统概述1

目录1

1.2.2　开环控制系统和闭环控制系统3

1.3 自动控制系统的基本组成5

1.4 自动控制系统的基本类型6

1.4.1 按照输入量的变化规律来分6

1.4.2　按照系统传递信号对时间的关系来分6

1.5　对自动控制系统的基本要求7

1.4.3　按照系统输出量和输入量的关系来分7

1.6 习题9

第2章　自动控制系统的基本部件10

2.1　常用的检测元件10

2.1.1　温度检测元件10

2.1.2　线位移检测元件13

2.1.3　角位移检测元件16

2.1.4　转速检测元件20

2.2　伺服电动机22

2.2.1　直流伺服电动机22

2.2.2　交流伺服电动机24

2.3.1　晶闸管26

2.3　晶闸管直流交流调压电路26

2.3.2　单相桥式全控整流电路28

2.3.3　三相可控整流电路31

2.3.4　晶闸管的触发电路与保护电路34

2.3.5　交流调压电路40

2.4　大功率晶体管脉宽调制（PWM）型直流调压电路43

2.4.1 DC—DC变换器43

2.4.2　大功率晶体管44

2.4.3　大功率晶体管脉宽调制型直流调压电路47

2.5　正弦脉宽调制的交—直—交变压变频电路50

2.5.1　电路的组成50

2.5.2　正弦脉宽调制（SPWM）交流变压变频电路的基本原理51

2.6.1 比例（P）调节器54

2.6　常用的调节器54

2.6.2　积分（I）调节器55

2.6.3 比例积分（PI）调节器56

2.6.4　比例积分微分（PID）调节器57

2.7　习题58

第3章　典型自动控制系统的工作原理60

3.1　水位控制系统60

3.1.1　系统的组成60

3.1.2　系统的工作原理61

3.2　具有转速负反馈的晶闸管直流调速系统61

3.2.1　系统的组成62

3.2.2　系统的工作原理63

3.3.1 电压负反馈调速系统64

3.3　具有电压负反馈和电流正反馈的晶闸管直流调速系统64

3.3.2　电压负反馈和电流正反馈的直流调速系统65

3.4　转速与电流双闭环直流调速系统66

3.4.1　系统的组成66

3.4.2　系统的工作原理68

3.5　晶闸管交流调压位置随动系统70

3.5.1　系统的组成70

3.5.2　系统的工作原理72

3.5.3　位置随动系统与调速系统的比较73

3.6　全控型电力电子器件组成的SPWM变压变频调速系统73

3.6.1 变频调速的基本控制方式73

3.6.2　模拟式SPWM变压变频调速系统75

3.6.3　微机控制的SPWM变压变频调速系统简介76

3.7 习题77

第4章　拉普拉斯变换79

4.1 拉氏变换79

4.1.1　拉氏变换的定义79

4.1.2　典型时间函数的拉氏变换79

4.2　拉氏变换的性质83

4.2.1　线性性质83

4.2.2　实数域的位移定理（延时定理）83

4.2.3　复数域的位移性质（平移定理）84

4.2.4　相似性质85

4.2.5　原函数导数的象函数（微分定理）85

4.2.6　原函数积分的象函数（积分定理）86

4.2.7　终值定理87

4.2.8　初值定理87

4.2.9　卷积定理88

4.3　拉氏反变换88

4.3.1　拉氏反变换的概念88

4.3.2　部分分式展开法89

4.4　用拉氏变换解线性定常微分方程92

4.5 习题93

第5章　系统的数学模型95

5.1 传递函数95

5.1.1　传递函数的定义95

5.1.2　传递函数的求法96

5.1.3　传递函数的性质98

5.2　典型环节的传递函数99

5.2.1 比例环节99

5.2.2　惯性环节100

5.2.3　微分环节101

5.2.4　积分环节102

5.2.5　振荡环节104

5.2.6　延时环节106

5.3　系统的传递函数方框图及其简化107

5.3.1　传递函数方框图107

5.3.2　传递函数方框图的等效变换110

5.3.3　直流电动机与伺服电动机的传递函数114

5.4.1　输入量作用下系统传递函数和系统的输出115

5.4　反馈控制系统的传递函数115

5.4.2　扰动量作用下的闭环传递函数和系统的输出116

5.4.3　输入量和扰动量同时作用时系统总的输出116

5.5　典型自动控制系统的数学模型117

5.5.1　水位控制系统117

5.5.2　具有转速负反馈的直流调速系统117

5.5.3　转速、电流双闭环直流调速系统118

5.5.4　位置随动系统118

5.6　习题119

第6章　频率特性121

6.1　频率特性的基本概念121

6.1.1　频率响应与频率特性121

6.1.2　频率特性与传递函数的关系122

6.1.3　频率特性的求法124

6.2　频率特性的图示方法125

6.2.1　频率特性的极坐标图125

6.2.2　频率特性的对数坐标图126

6.3　最小相位系统和非最小相位系统138

6.3.1　最小相位传递函数与最小相位系统138

6.3.2　产生非最小相位的环节140

6.4　系统的闭环频率特性140

6.4.1 闭环频率特性141

6.4.2　频率特性的特征量142

6.5 习题143

7.1.1　稳定的概念和定义145

第7章 自动控制系统的稳定性分析145

7.1　系统稳定性的初步概念145

7.1.2　造成系统不稳定的原因146

7.1.3　系统稳定的充要条件146

7.2　劳斯稳定判据147

7.3　奈奎斯特稳定判据150

7.3.1　奈奎斯特稳定判据151

7.3.2　奈氏判据应用举例152

7.3.3　穿越的概念155

7.3.4　对数频率判据155

7.4　系统的相对稳定性156

7.5　典型自动控制系统稳定性分析158

7.4.1　相位裕量158

7.4.2　幅值裕量158

7.5.1　二阶系统的稳定性分析159

7.5.2　典型三阶系统的稳定性分析160

7.5.3　延迟环节对系统稳定性的影响163

7.6 习题165

第8章 自动控制系统的稳态性能分析167

8.1 系统稳态误差的概念167

8.1.1　系统的误差与偏差167

8.1.2　误差的一般计算168

8.2　与输入信号有关的稳态误差169

8.2.1　跟踪稳态误差essr169

8.1.3　系统的稳态误差和稳态偏差169

8.2.2 essr与系统结构参数的关系170

8.2.3 essr与r（t）之间的系统171

8.2.4 由系统开环对数频率特性分析系统的稳态性能173

8.3　扰动作用下的稳态误差173

8.3.1　扰动稳态误差essd的求取173

8.3.2　扰动稳态误差与系统结构参数间的关系174

8.4　系统稳态性能分析举例175

8.5 习题178

9.1.1　控制系统典型的输入信号180

9.1.2　瞬态响应和稳态响应180

9.1　时间响应的概念180

第9章　瞬态响应分析180

9.2　一阶系统的时间响应181

9.2.1　一阶系统的数学模型181

9.2.2　一阶系统的单位阶跃响应182

9.2.3　一阶系统的单位脉冲响应183

9.2.4 响应之间的关系184

9.3　二阶系统的时间响应184

9.3.1 典型二阶系统的数学模型184

9.3.2　二阶系统的单位阶跃响应186

9.4　瞬态响应的性能指标188

9.4.1　性能指标及其计算188

9.4.2　二阶系统计算举例192

9.5.1　相对谐振峰值与控制系统振荡性能指标间的关系195

9.5　频域性能指标与时域性能指标间的关系195

9.5.2　谐振频率及带宽与时域性能指标间的关系197

9.5.3　相位裕量及穿越频率与时域性能指标之间的关系199

9.6 习题201

第10章　自动控制系统的校正203

10.1　系统的校正203

10.1.1　校正的含义203

10.1.2　校正的实质203

10.1.3　校正方式204

10.2　串联校正205

10.2.1　相位超前校正206

10.2.2　相位滞后校正209

10.2.3　相位滞后—超前校正212

10.3　PID校正215

10.3.1　PID控制规律分析217

10.3.2　PID调节器的设计220

10.4　反馈校正223

10.4.1　反馈校正的作用224

10.4.2　反馈校正应用举例225

10.5 顺馈补偿227

10.5.1　输入顺馈补偿227

10.5.2　扰动顺馈补偿228

10.6 习题229

参考文献233