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目录1

第1章 绪论1

1.1 引言1

1.1.1 自动控制理论概述1

1.1.2 自动控制的发展历史及现状1

1.1.3 自动控制的基本方法2

1.1.4控制系统的分类5

1.1.5控制系统的研究内容和方法7

1.1.6对控制系统的基本要求7

习题9

第2章控制系统的数学模型10

2.1 列写系统的微分方程10

2.1.1机械系统10

2.1.2电路系统11

2.1.3机电系统11

2.1.4非线性方程的线性化12

2.2.1传递函数的概念13

2.2传递函数13

2.2.2传递函数的定义14

2.2.3传递函数的性质14

2.2.4传递函数的求法15

2.3 系统的动态结构图16

2.3.1动态结构图16

2.3.2动态结构图的绘制16

2.3.3动态结构图的基本连接方式18

2.4.1相加点的移动19

2.4动态结构图的等效变换19

2.4.2分支点的移动21

2.5信号流图与梅逊公式22

2.5.1信号流图的组成23

2.5.2信号流图的绘制23

2.5.3梅逊（S.J.Mason）公式24

2.6系统的传递函数26

2.6.1 闭环控制系统的开环传递函数26

2.6.2给定输入信号r(t)作用下的闭环传递函数26

2.6.5闭环系统的误差传递函数27

2.6.3扰动信号n(t)作用下的闭环传递函数27

2.6.4系统的总输出27

习题28

第3章时域分析法32

3.1 系统性能指标及动态性能分析32

3.1.1典型输入信号和时域性能指标32

3.1.2控制系统的性能指标35

3.2一阶系统的时域分析36

3.2.1一阶系统的单位阶跃响应36

3.2.2一阶系统的单位斜坡响应37

3.2.3一阶系统的单位脉冲响应38

3.3二阶系统的时域分析38

3.3.1二阶系统的单位阶跃响应39

3.3.2二阶系统和它的瞬态响应指标42

3.3.3改善二阶系统性能的措施45

3.4高阶系统的时域分析47

3.5.1系统稳定的充分与必要条件48

3.5控制系统的稳定性分析48

3.5.2劳斯（Routh）稳定判据49

3.5.3两种特殊情况51

3.5.4劳斯稳定判据在控制系统中的应用52

3.6控制系统的稳态误差分析54

3.6.1 给定信号作用下的稳态误差及误差系数55

3.6.2扰动信号作用下的稳态误差59

3.6.3改善系统稳态精度的方法60

习题61

第4章根轨迹法64

4.1反馈系统的根轨迹64

4.2绘制根轨迹的基本规则66

4.2.1绘制180°根轨迹的基本规则66

4.2.2绘制0°根轨迹的基本规则76

4.3典型反馈系统的根轨迹举例78

4.4参量根轨迹84

习题86

5.1频率特性88

5.1.1频率特性的概念88

第5章频域分析法88

5.1.2频率特性的图示方法89

5.2典型环节的频率特性92

5.2.1 比例（放大）环节92

5.2.2积分环节93

5.2.3微分环节94

5.2.4惯性环节94

5.2.5一阶微分环节96

5.2.6振荡环节97

5.3系统开环频率特性图的绘制100

5.3.1 系统开环频率特性函数极坐标图的绘制100

5.3.2系统开环对数频率特性图的绘制101

5.3.3根据频率特性确定传递函数103

5.4稳定判据105

5.4.1 系统开环特征式和闭环特征式的关系105

5.4.2奈奎斯特稳定判据105

5.4.3对数频率稳定判据107

5.4.4稳定裕度108

5.5开环频率特性与时域指标的关系110

习题112

第6章 系统的校正方法117

6.1校正的基本概念117

6.1.1性能指标117

6.1.2校正系统的结构118

6.2 串联校正装置的结构、特性和功能119

6.2.1超前校正装置119

6.2.2滞后校正装置121

6.2.3滞后—超前校正装置122

6.3 串联校正的频率响应设计法124

6.3.1串联超前校正124

6.3.2串联滞后校正127

6.3.3串联滞后—超前校正129

6.4几种基本的控制规律129

6.4.1 比例控制（P控制）129

6.4.2 比例＋微分控制（PD控制）129

6.4.4 比例＋积分＋微分控制（PID控制）130

6.4.3比例＋积分控制（PI控制）130

习题131

第7章线性离散系统的分析与综合134

7.1 采样过程134

7.2采样周期的选择136

7.3信号保持137

7.4 Z变换140

7.5脉冲传递函数147

7.6稳定性分析154

7.7线性数字控制系统的时域分析158

习题162

第8章 自动控制原理实验165

8.1典型环节及其阶跃响应165

8.2二阶系统阶跃响应166

8.3控制系统的稳定性分析168

8.4系统频率特性的测试170

8.5控制系统串联校正171

8.6采样实验174

附录A拉普拉斯变换176

附录B常见函数拉普拉斯变换对照表183

附录C MATLAB语言的使用184

C.1 MATLAB简介184

C.2 MATLAB环境的安装185

C.3 MATLAB的基本语句结构187

C.4矩阵的基本运算190

C.5 MATLAB的控制语句194

C.5.1 MATLAB的循环语句结构194

C.5.2 MATLAB的条件转移语句结构196

C.6控制系统的数学模型及其转换方法199

C.6.1控制系统的传递函数描述199

C.6.2控制系统的状态方程模型201

C.6.3控制系统的零极点模型202

C.6.4控制系统的典型连接204

C.7控制系统的计算机辅助频域与时域分析206

C.7.1 控制系统的频域响应206

C.7.2线性系统的时间响应分析210

参考文献213