第1章自动控制系统的基本概念1

第1章自动控制系统的基本概念11.1开环控制系统与闭环控制系统11.2闭环控制系统的组成和基本环节41.3自动控制系统的类型61.3.1线性系统和非线性系统61.3.2连续系统和离散系统81.3.3恒值系统、随动系统和程序控制系统91.4自动控制系统的性能指标91.4.1稳定性91.4.2稳态性能指标101.4.3暂态性能指标10小结13思考题与习题14第2章自动控制系统的数学模型172.1微分方程式的编写172.1.1机械系统182.1.2电气系统212.1.3液压系统242.1.4热工系统292.2非线性数学模型的线性化312.3传递函数352.3.1传递函数的定义352.3.2典型环节的传递函数及暂态特性412.4系统动态结构图492.5系统传递函数和结构图的等效变换522.5.1典型连接的等效传递函数532.5.2相加点及分支点的变位运算552.5.3系统开环传递函数572.5.4系统闭环传递函数602.5.5系统对给定作用和扰动作用的传递函数612.6信号流图622.6.1信号流图中的术语632.6.2信号流图的绘制642.6.3信号流图的基本简化法则652.6.4梅逊增益公式662.7用MATLAB求解线性微分方程和化简系统方框图712.7.1MATLAB中数学模型的表示712.7.2用MATLAB求解线性微分方程732.7.3MATLAB在系统方框图化简中的应用76小结78思考题与习题79第3章自动控制系统的时域分析853.1自动控制系统的时域指标863.1.1对控制性能的要求863.1.2自动控制系统的典型输入信号873.2一阶系统的阶跃响应893.2.1一阶系统的数学模型893.2.2一阶系统的单位阶跃响应893.3二阶系统的阶跃响应913.3.1典型二阶系统的动态特性933.3.2二阶系统动态特性指标973.3.3二阶系统特征参数与动态性能指标之间的关系1003.3.4二阶工程最佳参数1013.3.5零、极点对二阶系统动态性能的影响1033.4高阶系统的动态响应1073.5自动控制系统的代数稳定判据1093.5.1线性系统稳定性的概念和稳定的充分必要条件1093.5.2劳斯判据1103.5.3赫尔维茨判据1133.5.4谢绪恺判据1143.5.5参数对稳定性的影响1153.5.6相对稳定性和稳定裕度1173.6稳态误差1183.6.1扰动稳态误差1183.6.2给定稳态误差和误差系数1203.6.3减小稳态误差的方法1263.7用MATLAB进行系统时域分析1293.7.1典型输入信号的MATLAB实现1303.7.2系统的稳定性分析1343.7.3MATLAB在求解系统给定稳态误差中的应用136小结138思考题与习题138第4章根轨迹法1434.1根轨迹法的基本概念1444.2根轨迹的绘制法则1464.2.1绘制根轨迹的一般法则1464.2.2自动控制系统的根轨迹1554.2.3零度根轨迹1664.2.4参数根轨迹1684.3用根轨迹法分析系统的动态特性1724.3.1在根轨迹上确定特征根1724.3.2用根轨迹法分析系统的动态特性1734.3.3开环零点对系统根轨迹的影响1764.3.4开环极点对系统根轨迹的影响1784.3.5偶极子对系统性能的影响1784.4用MATLAB绘制根轨迹1814.4.1根轨迹分析的MATLAB实现的函数指令格式1814.4.2零度根轨迹的MATLAB绘制1874.4.3参数根轨迹的MATLAB绘制188小结191思考题与习题191第5章频率法1955.1频率特性的基本概念1955.2非周期函数的频谱分析1985.2.1周期函数的傅氏级数分解1985.2.2非周期函数的频谱2015.3频率特性的表示方法2045.3.1幅相频率特性2045.3.2对数频率特性2055.3.3对数幅相频率特性2065.4典型环节的频率特性2065.4.1比例环节2065.4.2惯性环节2075.4.3积分环节2115.4.4微分环节2125.4.5振荡环节2145.4.6时滞环节2175.4.7最小相位环节2185.5系统开环频率特性的绘制2195.5.1系统的开环幅相频率特性2195.5.2系统的开环对数频率特性2245.6奈奎斯特稳定判据及其应用2275.6.1奈氏稳定判据的基本原理2285.6.2映射定理2285.6.3奈氏路径及其映射2295.6.4奈氏稳定判据2305.6.5开环有串联积分环节的系统2315.6.6用系统开环对数频率特性判断闭环系统稳定性2325.6.7应用奈氏稳定判据判断闭环系统稳定性举例2345.6.8系统的稳定裕度2365.7系统动态特性和开环频率特性的关系2385.7.1开环对数频率特性的基本性质2385.7.2系统动态特性和开环频率特性的关系2445.8闭环系统频率特性2465.8.1闭环系统频率特性与开环系统频率特性的关系2475.8.2闭环系统等M圆、等θ圆及尼氏图2485.8.3非单位反馈系统的闭环频率特性2545.9系统动态特性和闭环频率特性的关系2545.9.1谐振峰值Mp和超调量σ%之间的关系2545.9.2谐振峰值Mp和调节时间ts的关系2555.9.3频带宽BW和ζ之间的关系2555.10用MATLAB绘制系统开环频率特性2565.10.1用MATLAB绘制系统开环对数频率特性（伯德图）2565.10.2用MATLAB绘制系统开环幅相频率特性（奈氏曲线）2615.10.3稳定裕度求解263小结265思考题与习题266第6章控制系统的校正及综合2696.1控制系统校正的一般概念2696.1.1基本校正方法2696.1.2用频率法校正的特点2716.2串联校正2726.2.1串联超前（微分）校正2736.2.2串联滞后（积分）校正2786.2.3串联滞后超前（积分微分）校正2856.3反馈校正2956.3.1反馈校正的功能2956.3.2反馈校正装置的设计2986.4复合校正3056.4.1按扰动补偿的复合控制3056.4.2按输入补偿的复合控制3066.5应用MATLAB进行系统校正3096.5.1串联超前校正设计3096.5.2串联滞后校正设计3126.5.3串联滞后超前校正设计314小结317思考题与习题318第7章非线性系统分析3237.1非线性系统动态过程的特点3237.2非线性特性及其对系统性能的影响3267.2.1不灵敏区（死区）3267.2.2饱和3287.2.3间隙3297.2.4摩擦3307.2.5继电器特性3327.3非线性特性的描述函数3337.3.1谐波线性化3337.3.2非线性特性的描述函数3357.3.3典型非线性特性的描述函数3367.4非线性系统的描述函数法3457.4.1非线性系统的典型结构及基本条件3457.4.2非线性系统的稳定性分析3467.4.3自振分析3487.4.4应用描述函数法分析非线性系统3497.4.5非线性系统结构图的简化3557.5改善非线性系统性能的措施及非线性特性的利用3577.5.1改变线性部分的参数或对线性部分进行校正3577.5.2改变非线性特性3587.5.3非线性特性的应用3607.5.4用振荡线性化改善系统性能3637.6相平面法3647.6.1相轨迹的特征3647.6.2相轨迹的绘制方法3707.6.3用相平面法分析非线性系统371小结375思考题与习题375第8章线性离散系统的理论基础3808.1线性离散系统的基本概念3808.2离散时间函数的数学表达式及采样定理3818.2.1离散时间函数的数学表达式3828.2.2采样函数f*(t)的频谱分析3828.2.3采样定理3848.2.4信号的复现3848.3z变换3868.3.1z变换的定义3868.3.2z变换的方法3878.3.3z变换的性质3898.3.4z反变换3928.4线性常系数差分方程3938.4.1差分方程的定义3948.4.2差分方程的解法3958.5脉冲传递函数3968.5.1脉冲传递函数的定义3968.5.2脉冲传递函数的推导3968.5.3开环系统脉冲传递函数3988.5.4闭环系统脉冲传递函数3998.6采样控制系统的时域分析4028.6.1z变换法求系统的单位阶跃响应4028.6.2采样系统的稳定性分析4038.6.3采样控制系统的稳态误差4078.7采样控制系统的频域分析4088.7.1双线性变换4098.7.2伯德图4108.8线性离散系统的数字校正4128.8.1用根轨迹法综合数字校正装置4128.8.2数字校正装置的实现4138.9最少拍离散控制系统的分析与设计4158.9.1最少拍系统的闭环脉冲传递函数4158.9.2最少拍系统的设计4168.10用MATLAB进行采样系统分析4218.10.1z变换和z反变换4218.10.2连续系统的离散化4228.10.3采样控制系统的时域分析4238.10.4采样控制系统的频域分析427小结430思考题与习题431名词术语索引436附录本书使用的部分MATLAB指令441参考文献445