自動控制原理（第二版）

第一章概述
第一節(jié)自動控制系統(tǒng)的基本概念001
第二節(jié)自動控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)形式003
一、開環(huán)控制系統(tǒng)003
二、閉環(huán)控制系統(tǒng)004
三、開環(huán)與閉環(huán)控制系統(tǒng)的比較005
第三節(jié)自動控制系統(tǒng)的分類007
一、按控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分類007
二、按系統(tǒng)給定信號的特征分類007
三、按系統(tǒng)傳輸信號的性質(zhì)分類008
四、按系統(tǒng)的輸入輸出信號的數(shù)量分類008
五、按系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述分類009
六、按系統(tǒng)的參數(shù)是否隨時間變化分類009
第四節(jié)對自動控制系統(tǒng)的基本要求010
一、穩(wěn)定性010
二、瞬態(tài)性能010
三、穩(wěn)態(tài)誤差010
第五節(jié)自動控制理論的發(fā)展概況011
一、早期的自動控制系統(tǒng)011
二、經(jīng)典控制理論011
三、現(xiàn)代控制理論012
四、大系統(tǒng)控制理論與智能控制理論012
第六節(jié)本書的主要內(nèi)容及結(jié)構(gòu)體系013
習(xí)題一013

第二章連續(xù)時間控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型
第一節(jié)列寫動態(tài)系統(tǒng)的微分方程016
一、幾個典型的例子016
二、微分方程模型及相似系統(tǒng)022
三、動態(tài)系統(tǒng)建模舉例024
第二節(jié)狀態(tài)及狀態(tài)空間模型027
一、狀態(tài)空間的基本概念027
二、狀態(tài)空間模型的建立028
三、關(guān)于狀態(tài)空間模型的說明034
第三節(jié)特殊環(huán)節(jié)的建模及處理035
一、純滯后035
二、分布參數(shù)036
三、積分037
四、高階038
五、非線性環(huán)節(jié)的線性化處理039
第四節(jié)控制系統(tǒng)中其他環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型041
一、控制器的數(shù)學(xué)模型042
二、測量元件的數(shù)學(xué)模型043
三、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型044
第五節(jié)傳遞函數(shù)與方塊圖045
一、基本概念045
二、關(guān)于傳遞函數(shù)的討論046
三、系統(tǒng)方塊圖048
第六節(jié)信號流圖與梅遜公式057
一、信號流圖的基本構(gòu)成058
二、信號流圖的繪制058
三、梅遜增益公式059
第七節(jié)各種數(shù)學(xué)模型間的關(guān)系061
一、由微分方程轉(zhuǎn)換為狀態(tài)方程061
二、由狀態(tài)空間表達(dá)式求傳遞函數(shù)064
三、狀態(tài)變換和狀態(tài)變換中特征值的不變性065
四、由傳遞函數(shù)求狀態(tài)空間表達(dá)式067
五、由方塊圖求系統(tǒng)狀態(tài)空間表達(dá)式071
本章小結(jié)072
習(xí)題二072

第三章連續(xù)時間控制系統(tǒng)的時域分析
第一節(jié)概述079
一、概述079
二、典型輸入信號079
第二節(jié)微分方程的經(jīng)典求解方法081
一、系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)求解081
二、微分方程的暫態(tài)響應(yīng)求解083
三、暫態(tài)響應(yīng)的時間常數(shù)085
第三節(jié)微分方程的拉氏變換求解方法085
第四節(jié)控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)及時域分析088
一、控制系統(tǒng)的時域性能指標(biāo)088
二、控制系統(tǒng)的時域分析091
第五節(jié)高階系統(tǒng)的暫態(tài)響應(yīng)099
一、高階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)099
二、高階系統(tǒng)的閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)100
第六節(jié)常規(guī)控制器及其對系統(tǒng)的影響101
一、常規(guī)控制器的控制規(guī)律101
二、控制器參數(shù)對控制過程的影響103
三、測量滯后對控制過程的影響105
第七節(jié)狀態(tài)方程的求解與分析105
一、線性定常齊次狀態(tài)方程的解106
二、狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣107
三、線性定常狀態(tài)方程的解111
四、狀態(tài)空間模型下的系統(tǒng)輸出響應(yīng)113
第八節(jié)被控對象的實(shí)驗(yàn)建模114
一、常用的實(shí)驗(yàn)測試方法115
二、輸入測試信號115
三、實(shí)驗(yàn)測試數(shù)據(jù)的處理116
本章小結(jié)118
習(xí)題三118

第四章連續(xù)時間控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性與穩(wěn)態(tài)誤差
第一節(jié)勞斯穩(wěn)定判據(jù)123
一、穩(wěn)定性123
二、勞斯判據(jù)124
三、勞斯判據(jù)的應(yīng)用129
四、赫爾維茨判據(jù)130
第二節(jié)反饋控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差131
一、穩(wěn)態(tài)誤差131
二、反饋控制系統(tǒng)的“型”132
三、穩(wěn)態(tài)誤差系數(shù)136
第三節(jié)等效單位負(fù)反饋系統(tǒng)140
本章小結(jié)140
習(xí)題四141

第五章根軌跡分析法
第一節(jié)概述143
一、根軌跡概念143
二、閉環(huán)零、極點(diǎn)和開環(huán)零、極點(diǎn)之間的關(guān)系145
三、根軌跡方程146
第二節(jié)根軌跡的繪制方法147
第三節(jié)廣義根軌跡159
一、參數(shù)根軌跡160
二、零度根軌跡161
三、純滯后系統(tǒng)的根軌跡163
第四節(jié)基于根軌跡的系統(tǒng)性能分析166
一、開環(huán)極點(diǎn)對系統(tǒng)性能的影響166
二、開環(huán)零點(diǎn)對系統(tǒng)性能的影響168
三、增益K的選取169
第五節(jié)基于根軌跡的系統(tǒng)補(bǔ)償器設(shè)計(jì)170
一、超前補(bǔ)償器的設(shè)計(jì)170
二、滯后補(bǔ)償器的設(shè)計(jì)173
三、PID控制器的設(shè)計(jì)174
本章小結(jié)175
習(xí)題五175

第六章頻率特性分析法
第一節(jié)概述179
第二節(jié)頻率特性及其圖示法181
一、頻率特性的定義181
二、頻率特性的圖示法182
第三節(jié)開環(huán)系統(tǒng)典型環(huán)節(jié)分解和頻率特性曲線的繪制183
一、開環(huán)系統(tǒng)典型環(huán)節(jié)分解183
二、典型環(huán)節(jié)的幅相曲線繪制184
三、系統(tǒng)的開環(huán)幅相曲線繪制188
四、典型環(huán)節(jié)Bode圖的繪制195
五、開環(huán)對數(shù)頻率特性曲線繪制199
六、由頻域?qū)嶒?yàn)確定系統(tǒng)傳遞函數(shù)203
第四節(jié)奈奎斯特(Nyquist)穩(wěn)定性判據(jù)205
一、Nyquist穩(wěn)定性判據(jù)205
二、Nyquist穩(wěn)定性判據(jù)的應(yīng)用210
三、穩(wěn)定裕度212
第五節(jié)基于頻率響應(yīng)的補(bǔ)償器設(shè)計(jì)215
一、頻域指標(biāo)與時域指標(biāo)的關(guān)系215
二、超前補(bǔ)償器的設(shè)計(jì)217
三、滯后補(bǔ)償器的設(shè)計(jì)220
本章小結(jié)223
習(xí)題六223

第七章線性離散時間控制系統(tǒng)分析與綜合
第一節(jié)采樣過程與采樣定理227
一、采樣過程的數(shù)學(xué)描述227
二、采樣信號的頻譜分析229
三、采樣定理230
四、采樣信號的復(fù)現(xiàn)230
第二節(jié)Z變換基礎(chǔ)232
一、Z變換232
二、Z變換的幾個性質(zhì)234
三、Z反變換234
四、改進(jìn)Z變換236
五、Z變換的局限性239
第三節(jié)線性離散系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述及求解239
一、差分方程及其求解239
二、脈沖傳遞函數(shù)241
三、離散系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型249
第四節(jié)離散系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)259
一、離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性259
二、基于z域的分析與設(shè)計(jì)265
三、基于頻率特性的分析與設(shè)計(jì)269
第五節(jié)數(shù)字控制系統(tǒng)簡介270
一、基于連續(xù)系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)270
二、基于離散系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)272
第六節(jié)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)簡介276
本章小結(jié)277
習(xí)題七277

第八章線性定常系統(tǒng)的狀態(tài)空間分析法
第一節(jié)線性定常連續(xù)系統(tǒng)的能控性和能觀性283
一、直觀理解283
二、能控性定義和能觀性定義285
三、能控性判別286
四、能觀性判別292
五、對偶原理294
第二節(jié)線性定常連續(xù)系統(tǒng)的線性變換與結(jié)構(gòu)分解295
一、非奇異線性變換295
二、狀態(tài)空間的幾種標(biāo)準(zhǔn)型式296
三、結(jié)構(gòu)分解298
四、狀態(tài)空間描述與傳遞函數(shù)描述的關(guān)系303
第三節(jié)線性定常連續(xù)系統(tǒng)的狀態(tài)反饋控制305
一、狀態(tài)反饋控制的基本概念305
二、閉環(huán)線性系統(tǒng)的能控性與能觀性306
三、狀態(tài)反饋極點(diǎn)配置307
四、狀態(tài)反饋鎮(zhèn)定314
第四節(jié)最優(yōu)控制316
一、最優(yōu)控制概述316
二、線性系統(tǒng)二次型最優(yōu)控制問題317
三、狀態(tài)調(diào)節(jié)器319
第五節(jié)線性定常連續(xù)系統(tǒng)的狀態(tài)觀測器321
一、狀態(tài)觀測器321
二、降維狀態(tài)觀測器324
三、狀態(tài)觀測反饋系統(tǒng)（分離定理）326
第六節(jié)線性定常離散系統(tǒng)的狀態(tài)空間分析法328
一、離散系統(tǒng)的能控性328
二、離散系統(tǒng)的能觀性329
三、連續(xù)系統(tǒng)與離散系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)與區(qū)別330
四、連續(xù)動態(tài)系統(tǒng)離散化后的能控性與能觀性331
第七節(jié)內(nèi)模控制器設(shè)計(jì)332
本章小結(jié)334
習(xí)題八334

第九章非線性系統(tǒng)分析
第一節(jié)控制系統(tǒng)中的典型非線性特性339
一、典型非線性特性339
二、非線性控制系統(tǒng)的特殊性341
三、非線性控制系統(tǒng)的分析方法341
第二節(jié)相平面法342
一、相平面的基本概念342
二、相軌跡的性質(zhì)343
三、相軌跡的繪制343
四、二階線性系統(tǒng)的相軌跡345
五、非線性系統(tǒng)的相軌跡347
六、由相軌跡求時間解347
七、相平面分析348
第三節(jié)描述函數(shù)法352
一、描述函數(shù)的概念352
二、典型非線性特性的描述函數(shù)353
三、描述函數(shù)分析法357
第四節(jié)李雅普諾夫穩(wěn)定性分析363
一、自治系統(tǒng)及其平衡狀態(tài)363
二、李雅普諾夫穩(wěn)定性定義364
三、李雅普諾夫穩(wěn)定性的間接判別法366
四、李雅普諾夫穩(wěn)定性的直接判別法368
五、線性連續(xù)定常系統(tǒng)的李雅普諾夫穩(wěn)定性分析371
六、離散系統(tǒng)的李雅普諾夫穩(wěn)定性分析373
本章小結(jié)374
習(xí)題九374

附錄拉普拉斯變換

參考文獻(xiàn)