第1章  绪论

引言

学习目标

1.1  自动控制系统的基本概念

1.2  自动控制理论的发展

1.2.1  经典控制理论

1.2.2  现代控制理论

1.2.3  智能控制理论

1.3  自动控制系统的组成及其性能要求

1.3.1  自动控制系统的常用术语

1.3.2  自动控制系统的组成

1.3.3  自动控制系统的性能要求

1.4  自动控制系统的分类

1.4.1  按照控制原理分类

1.4.2  按照输入信号特征分类

1.4.3  根据系统动态方程的数学性质分类

1.4.4  根据信号传递方式分类

1.4.5  根据端口关系分类

1.5  自动控制系统的应用

1.5.1  飞机自动驾驶仪

1.5.2  加热炉温度控制系统

1.5.3  恒压供水控制系统

1.6  自动控制系统的设计流程

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第2章  线性控制系统的数学模型

引言

学习目标

2.1  控制系统的微分方程

2.1.1  微分方程的建立

2.1.2  拉氏变换及其应用

2.1.3  拉氏变换法求解微分方程

2.2  传递函数

2.2.1  传递函数的定义

2.2.2  传递函数的性质

2.2.3  传递函数的表现形式

2.2.4  传递函数的求解方法

2.3  线性控制系统的数学模型

2.3.1  典型环节的数学模型

2.3.2  机械系统的数学模型

2.3.3  电气系统的数学模型

2.3.4  工业过程控制系统的数学模型

2.3.5  检测与执行机构的数学模型

2.4  动态结构图

2.4.1  动态结构图的概念与绘制方法

2.4.2  动态结构图的等效变换与简化

2.4.3  利用结构图求取闭环控制系统的传递函数

2.5  信号流图与梅逊增益公式

2.5.1  信号流图

2.5.2  梅逊增益公式

2.6  用MATLAB处理系统数学模型

2.6.1  建立模型

2.6.2  简化模型

2.7  数学模型的工程应用

2.7.1  多关节机械手控制的特点

2.7.2  多关节机械手的数学模型

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第3章  线性控制系统的分析方法

引言

学习目标

3.1  时域分析法

3.1.1  系统的性能指标

3.1.2  一阶系统的时域分析

3.1.3  二阶系统的时域分析

3.1.4  高阶系统的时域分析

3.2  根轨迹法

3.2.1  根轨迹的基本概念

3.2.2  绘制根轨迹图的规则

3.2.3  延迟系统的根轨迹

3.2.4  广义根轨迹

3.2.5  基于根轨迹法的系统性能分析

3.3  频域分析法

3.3.1  控制系统的频率特性

3.3.2  典型环节的频率特性

3.3.3  利用系统的开环频率特性作图

3.4  基于MATLAB的系统分析

3.4.1  基于MATLAB的时域分析

3.4.2  基于MATLAB的根轨迹分析

3.4.3  基于MATLAB的频域分析

3.5  控制系统分析方法的工程应用

3.5.1  太空望远镜指向控制系统

3.5.2  隧道钻机方向控制系统

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第4章  线性控制系统的稳定性分析

引言

学习目标

4.1  劳斯判据

4.1.1  系统稳定的条件

4.1.2  劳斯判据

4.1.3  劳斯判据的特殊情况

4.1.4  劳斯判据在系统分析中的应用

4.1.5  结构性不稳定系统的改进措施

4.2  奈奎斯特判据

4.2.1  奈奎斯特判据的基本思想

4.2.2  奈奎斯特判据

4.2.3  奈奎斯特判据在伯德图中的应用

4.3  频域稳定性分析

4.3.1  稳定裕度

4.3.2  最小相位系统与非最小相位系统的频域稳定性

4.3.3  闭环频率特性

4.3.4  控制系统的频率特性分析

4.3.5  利用MATLAB分析系统的稳定性

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第5章  线性控制系统的稳态误差分析

引言

学习目标

5.1  控制系统的误差与稳态误差

5.1.1  误差与稳态误差的概念

5.1.2  误差的数学模型

5.2  给定信号作用下的稳态误差

5.2.1  输入信号为单位阶跃信号时

5.2.2  输入信号为单位斜坡信号时

5.2.3  输入信号为单位抛物线信号时

5.3  扰动信号作用下的稳态误差

5.4  基于对数幅频特性的稳态误差分析

5.5  减小稳态误差的方法

5.5.1  减小稳态误差的一般方法

5.5.2  复合控制的补偿方法

5.6  利用MATLAB分析系统的动态特性

5.7  稳态误差分析的工程应用

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第6章  线性控制系统的校正设计

引言

学习目标

6.1  系统校正的概念

6.2  串联校正环节的结构形式

6.2.1  超前校正

6.2.2  滞后校正

6.2.3  滞后-超前校正

6.3  串联校正的综合设计

6.3.1  串联校正综合设计的基本方法

6.3.2  按最佳二阶系统校正

6.3.3  按典型三阶系统校正

6.4  反馈校正设计

6.5  用MATLAB进行校正设计

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第7章  离散系统的分析

引言

学习目标

7.1  离散系统的基本概念

7.1.1  采样控制系统

7.1.2  数字控制系统

7.2  信号的采样和保持

7.2.1  采样过程

7.2.2  采样定理

7.2.3  信号的复现与保持

7.3  离散系统的数学模型

7.3.1  z变换

7.3.2  差分方程

7.3.3  脉冲传递函数

7.3.4  闭环系统的脉冲传递函数

7.4  离散系统的稳定性分析

7.5  离散系统的稳态误差

7.6  离散系统的动态性能

7.7  基于MATLAB的离散系统分析与校正

7.7.1  离散系统的性能分析

7.7.2  离散系统的校正设计

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第8章  非线性控制系统的分析

引言

学习目标

8.1  控制系统的非线性特性

8.1.1  继电特性

8.1.2  饱和特性

8.1.3  死区特性

8.1.4  滞环特性

8.1.5  摩擦特性

8.2  相平面法

8.2.1  相平面与相轨迹

8.2.2  绘制相平面图

8.2.3  相轨迹的运动特性

8.2.4  相平面图分析

8.3  描述函数法

8.3.1  描述函数的定义

8.3.2  非线性环节的描述函数

8.3.3  非线性控制系统的描述函数分析

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第9章  控制系统的状态空间分析与设计

引言

学习目标

9.1  状态空间描述的基本概念

9.2  系统的状态空间表达式

9.2.1  状态空间表达式的一般形式

9.2.2  状态空间表达式的建立

9.2.3  状态空间表达式的解法

9.3  能控性和能观性

9.3.1  能控性的定义及其判据

9.3.2  能观性的定义及其判据

9.3.3  能控性与能观性的对偶关系

9.3.4  状态能控性、能观性与传递函数的关系

9.4  控制系统的状态空间设计

9.4.1  状态变量图

9.4.2  状态反馈和输出反馈

9.4.3  极点配置

9.4.4  状态重构

9.5  MATLAB在状态空间分析中的应用

9.5.1  建立状态空间模型

9.5.2  判断系统的能控性和能观性

9.5.3  求解极点配置问题

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参考文献