第1章 自動控制概論
1.1 引言
1.1.1 自動控制的基本概念
1.1.2 自動控制理論的發(fā)展歷程
1.1.3 自動控制系統(tǒng)的應(yīng)用實例
1.2 自動控制系統(tǒng)的組成和原理方框圖
1.2.1 自動控制系統(tǒng)的組成
1.2.2 自動控制系統(tǒng)的原理方框圖
1.3 自動控制系統(tǒng)的分類
1.3.1 按系統(tǒng)的控制方式分類
1.3.2 按系統(tǒng)的輸入一輸出特性分類
1.3.3 按輸入信號的變化規(guī)律分類
1.4 控制系統(tǒng)的基本性能要求
1.4.1 穩(wěn)定性
1.4.2 動態(tài)性能
1.4.3 穩(wěn)態(tài)性能
本章小結(jié)
思考與練習

第2章 自動控制系統(tǒng)的數(shù)學模型
2.1 引言
2.2 控制系統(tǒng)的時域數(shù)學模型
2.2.1 線性元部件、線性系統(tǒng)微分方程的建立
2.2.2 線性系統(tǒng)微分方程的一般形式
2.2.3 非線性系統(tǒng)微分方程的線性化
2.3 控制系統(tǒng)的復數(shù)域數(shù)學模型
2.3.1 傳遞函數(shù)
2.3.2 典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)
2.4 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
2.4.1 結(jié)構(gòu)圖的基本組成及連接形式
2.4.2 結(jié)構(gòu)圖等效變換
2.5 控制系統(tǒng)信號流圖
2.5.1 信號流圖
2.5.2 信號流圖的繪制
2.5.3 梅森增益公式及應(yīng)用
2.6 閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)
2.6.1 閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)
2.6.2 閉環(huán)系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)
2.6.3 閉環(huán)系統(tǒng)的誤差傳遞函數(shù)
2.7 MATLAB在控制系統(tǒng)數(shù)學模型中的應(yīng)用
2.7.1 利用MATLAB表示線性系統(tǒng)的傳遞函數(shù)
2.7.2 利用MATLAB求解線性微分方程
2.7.3 利用MATLAB簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖及求解傳遞函數(shù)
本章小結(jié)
思考與練習

第3章 控制系統(tǒng)的時域分析
3.1 控制系統(tǒng)的時域性能指標
3.1.1 典型輸入信號
3.1.2 控制系統(tǒng)的時域性能指標
3.2 一階系統(tǒng)的時域分析
3.2.1 一階系統(tǒng)的數(shù)學模型
3.2.2 一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)
3.2.3 一階系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)
3.2.4 一階系統(tǒng)的單位斜坡響應(yīng)
3.2.5 一階系統(tǒng)的單位加速度響應(yīng)
3.3 二階系統(tǒng)的時域分析
3.3.1 二階系統(tǒng)的數(shù)學模型
3.3.2 二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)
3.3.3 欠阻尼二階系統(tǒng)的動態(tài)過程分析
3.3.4 過阻尼二階系統(tǒng)的動態(tài)性能指標
3.3.5 二階系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)
3.3.6 二階系統(tǒng)的單位斜坡響應(yīng)
3.3.7 改善二階系統(tǒng)運動性能的措施
3.4 高階系統(tǒng)的時域分析
3.4.1 高階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)
3.4.2 閉環(huán)主導極點
3.5 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性
3.5.1 穩(wěn)定的基本概念
3.5.2 線性系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件
3.5.3 線性系統(tǒng)穩(wěn)定的代數(shù)判據(jù)
3.6 控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差
3.6.1 誤差的定義
3.6.2 參考輸入作用下的穩(wěn)態(tài)誤差（essr）
3.6.3 擾動輸人作用下的穩(wěn)態(tài)誤差（essn）
3.6.4 改善控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能的措施
3.7 MATLAB在控制系統(tǒng)的時域分析中的應(yīng)用
3.7.1 一階系統(tǒng)仿真模型的建立及時域響應(yīng)分析
3.7.2 二階系統(tǒng)仿真模型的建立及動態(tài)性能指標求取
3.7.3 利用MATLAB求取控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能指標
3.7.4 利用MATLAB判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性
本章小結(jié)
思考與練習

第4章 控制系統(tǒng)的復數(shù)域分析
4.1 根軌跡的基本概念
4.1.1 根軌跡概念
4.1.2 根軌跡方程
4.2 繪制根軌跡的基本法則
4.2.1 繪制根軌跡的基本法則
4.2.2 閉環(huán)極點的確定
4.3 廣義根軌跡
4.3.1 參數(shù)根軌跡
4.3.2 零度根軌跡
4.4 利用根軌跡分析系統(tǒng)性能
4.4.1 主導極點、偶極子及時間響應(yīng)
4.4.2 附加開環(huán)零點對系統(tǒng)性能的影響
4.5 MATLAB在繪制根軌跡中的應(yīng)用
4.5.1 繪制常規(guī)根軌跡和零度根軌跡
4.5.2 利用根軌跡分析系統(tǒng)性能
4.5.3 利用根軌跡求解系統(tǒng)的閉環(huán)極點
本章小結(jié)
思考與練習

第5章 控制系統(tǒng)的頻域分析
5.1 頻率特性的基本概念
5.1.1 頻率特性的定義
5.1.2 頻率特性的幾何表示
5.2 典型環(huán)節(jié)的頻率特性分析
5.2.1 比例環(huán)節(jié)
5.2.2 積分環(huán)節(jié)
5.2.3 微分環(huán)節(jié)
5.2.4 慣性環(huán)節(jié)
5.2.5 一階微分環(huán)節(jié)
5.2.6 振蕩環(huán)節(jié)
5.2.7 二階微分環(huán)節(jié)
5.2.8 延時環(huán)節(jié)
5.3 控制系統(tǒng)開環(huán)頻率特性曲線的繪制
5.3.1 開環(huán)幅相特性曲線的繪制
5.3.2 開環(huán)對數(shù)頻率特性曲線的繪制
5.3.3 最小相位系統(tǒng)和非最小相位系統(tǒng)
5.4 頻域穩(wěn)定判據(jù)
5.4.1 奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)
5.4.2 奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)的應(yīng)用
5.4.3 對數(shù)頻率穩(wěn)定判據(jù)
5.5 穩(wěn)定裕度
5.5.1 幅值裕度和相位裕度
5.5.2 穩(wěn)定裕度的計算及應(yīng)用舉例
5.6 控制系統(tǒng)的閉環(huán)頻率特性
5.6.1 開環(huán)頻率特性與閉環(huán)頻率特性的關(guān)系
5.6.2 尼科爾斯圖線
5.6.3 頻域性能指標和時域性能指標的關(guān)系
5.7 MATLAB在控制系統(tǒng)頻域分析中的應(yīng)用
5.7.1 利用MATLAB繪制頻率特性曲線圖
5.7.2 利用MATLAB結(jié)合頻率特性分析系統(tǒng)性能
本章小結(jié)
思考與練習

第6章 線性系統(tǒng)的校正方法
6.1 控制系統(tǒng)校正
6.1.1 校正的概念與校正方案
6.1.2 校正的設(shè)計步驟
6.1.3 校正方法
6.2 頻率法串聯(lián)校正
6.2.1 串聯(lián)超前校正
6.2.2 串聯(lián)滯后校正
6.2.3 串聯(lián)滯后一超前校正
6.2.4 校正裝置的實現(xiàn)
6.2.5 串聯(lián)綜合法校正
6.2.6 串聯(lián)工程設(shè)計方法
6.3 頻率法反饋校正
6.3.1 反饋校正的原理與功能
6.3.2 綜合法反饋校正
6.4 控制系統(tǒng)的復合校正
6.4.1 按擾動補償?shù)膹秃闲Ｕ?br>6.4.2 按輸入補償?shù)膹秃闲Ｕ?br>6.5 PID控制器特性分析及應(yīng)用
6.5.1 比例控制
6.5.2 比例一微分控制
6.5.3 積分控制
6.5.4 比例-積分控制
6.5.5 比例-積分-微分控制
6.5.6 試湊法確定PID參數(shù)
6.6 MATLAB在線性系統(tǒng)校正中的應(yīng)用
6.6.1 利用MATLAB設(shè)計超前校正環(huán)節(jié)
6.6.2 利用MATLAB設(shè)計滯后校正環(huán)節(jié)
6.6.3 利用MATLAB設(shè)計滯后一超前校正環(huán)節(jié)
本章小結(jié)
思考與練習

第7章 線性離散系統(tǒng)
7.1 離散系統(tǒng)的基本概念
7.2 采樣過程及采樣定理
7.2.1 采樣過程及數(shù)學描述
7.2.2 采樣定理
7.2.3 采樣周期的選擇
7.3 信號恢復與信號保持
7.4 采樣系統(tǒng)的數(shù)學模型
7.4.1 Z變換理論
7.4.2 差分方程
7.4.3 線性離散系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)
7.5 線性離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性與穩(wěn)態(tài)誤差
7.5.1 離散系統(tǒng)的穩(wěn)定條件
7.5.2 離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性判據(jù)
7.5.3 線性離散系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差
7.6 動態(tài)響應(yīng)與閉環(huán)零極點分布的關(guān)系
7.7 線性離散系統(tǒng)的校正
7.7.1 數(shù)字控制器的模擬化設(shè)計
7.7.2 數(shù)字PID算式
7.8 MATLAB在線性離散系統(tǒng)中的應(yīng)用
7.8.1 利用Simulink求解離散系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)
7.8.2 利用控制系統(tǒng)工具箱求解離散系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)
7.8.3 利用SISO求解離散系統(tǒng)穩(wěn)定性
本章小結(jié)
思考與練習

第8章 非線性控制系統(tǒng)
8.1 非線性系統(tǒng)概述
8.1.1 非線性典型特性
8.1.2 非線性現(xiàn)象的普遍性
8.1.3 非線性控制系統(tǒng)的特點
8.1.4 非線性控制系統(tǒng)的研究方法
8.2 描述函數(shù)法
8.2.1 描述函數(shù)法的概念
8.2.2 典型非線性特性的描述函數(shù)
8.2.3 非線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性
8.3 相平面法
8.3.1 相平面法的概念
8.3.2 相軌跡的性質(zhì)
8.3.3 相平面圖的繪制方法
8.3.4 由相平面圖確定響應(yīng)時間
8.3.5 二階線性系統(tǒng)的相平面分析
8.3.6 非線性系統(tǒng)的相平面分析
8.4 MATLAB在非線性控制系統(tǒng)中的應(yīng)用
8.4.1 利用MATLAB繪制非線性系統(tǒng)的相軌跡
8.4.2 基于Simulink的非線性系統(tǒng)建模及仿真實例
本章小結(jié)
思考與練習

第9章 線性系統(tǒng)的狀態(tài)空間分析
9.1 狀態(tài)空間表達式
9.1.1 基本概念
9.1.2 狀態(tài)空間表達式的建立
9.1.3 狀態(tài)向量的線性變換
9.1.4 傳遞函數(shù)矩陣
9.2 狀態(tài)空間表達式的解
9.2.1 線性定常連續(xù)系統(tǒng)齊次狀態(tài)方程的解
9.2.2 線性定常連續(xù)系統(tǒng)非齊次狀態(tài)方程的解
9.2.3 線性定常離散系統(tǒng)狀態(tài)方程的解
9.3 線性系統(tǒng)的能控性與能觀性
9.3.1 能控性與能觀性問題的提出
9.3.2 線性系統(tǒng)的能控性及判別準則
9.3.3 線性系統(tǒng)能觀性定義及判據(jù)
9.3.4 對偶原理
9.3.5 能控標準型和能觀標準型
9.4 李雅普諾夫穩(wěn)定性分析
9.4.1 李雅普諾夫穩(wěn)定性的定義
9.4.2 李雅普諾夫第一法（間接法）
9.4.3 李雅普諾夫第二法（直接法）
9.5 狀態(tài)反饋與系統(tǒng)鎮(zhèn)定
9.5.1 狀態(tài)反饋及其設(shè)計
9.5.2 輸出到輸入的反饋
9.5.3 輸出到狀態(tài)向量導數(shù)的反饋
9.5.4 系統(tǒng)鎮(zhèn)定問題
9.6 狀態(tài)觀測器與閉環(huán)控制系統(tǒng)
9.6.1 全維狀態(tài)觀測器
9.6.2 降維狀態(tài)觀測器
9.7 MATLAB在狀態(tài)空間分析中的應(yīng)用
9.7.1 利用MATLAB建立狀態(tài)空間模型
9.7.2 利用MATLAB判斷系統(tǒng)的可控性、可觀性和穩(wěn)定性
9.7.3 利用MATLAB配置極點和設(shè)計觀測器
本章小結(jié)
思考與練習
附錄1 部分思考與練習參考答案
附錄2 拉普拉斯變換
附錄3 常用函數(shù)的拉氏變換和Z變換表
參考文獻