本书系统地介绍了分析与设计反馈控制系统的经典控制理论部分。全书共8章，内容包括自动控制的一般概念，控制系统的数学模型，线性系统的时域分析、根轨迹分析、频域分析、综合与校正，非线性系统分析，线性离散系统的分析与综合等。第2～8章后面都介绍了一些应用MATLAB对控制系统进行计算机辅助分析与设计的实例，并提供了一定数量的习题。

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原哈尔滨科技大学，本科 哈尔滨工业大学，硕士 白俄罗斯国立大学，博士

目录
第1章 概论 1
1.1 控制理论的发展历史 1
1.2 自动控制系统的基本控制方式 2
1.3 控制系统的分类 5
1.4 控制系统的组成与对控制系统的基本要求 7
1.4.1 控制系统的组成 7
1.4.2 对控制系统的基本要求 8
习题 9
第2章 控制系统的数学模型 11
2.1 运动方程 11
2.1.1 控制系统的运动方程 11
2.1.2 线性系统的特性 16
2.2 传递函数 17
2.2.1 传递函数的定义及性质 17
2.2.2 环节典型连接时等效传递函数的求取 20
2.2.3 控制系统的传递函数 22
2.3 方框图及其简化 25
2.3.1 方框图的构成 25
2.3.2 方框图的绘制 26
2.3.3 方框图的简化 27
2.4 信号流图 31
2.4.1 信号流图及其运算规则 31
2.4.2 信号流图的绘制 34
2.4.3 梅森公式 35
2.5 应用MATLAB建立控制系统的数学模型 39
2.5.1 模型的建立 39
2.5.2 模型的转换 42
习题 42
第3章 线性系统的时域分析 46
3.1 系统时间响应的性能指标 46
3.1.1 典型输入信号 46
3.1.2 时域响应的性能指标 48
3.2 一阶系统的时域分析 50
3.2.1 一阶系统的单位阶跃响应 50
3.2.2 一阶系统的理想单位脉冲响应 51
3.2.3 一阶系统的单位斜坡响应 52
3.2.4 一阶系统的单位匀加速度响应 53
3.3 二阶系统的时域分析 53
3.3.1 二阶系统的标准形式 54
3.3.2 二阶系统的单位阶跃响应 55
3.3.3 二阶系统欠阻尼响应过程分析 59
3.3.4 二阶系统的理想单位脉冲响应 64
3.3.5 二阶系统的单位斜坡响应 66
3.3.6 具有闭环负实零点时二阶系统的单位阶跃响应 67
3.3.7 初始条件不为零时二阶系统的输出响应 70
3.4 高阶系统的时域分析 71
3.4.1 闭环主导极点的概念及高阶系统分析 72
3.4.2 三阶系统的单位阶跃响应 74
3.5 线性系统的稳定性分析 75
3.5.1 稳定性的基本概念 75
3.5.2 线性系统稳定的条件 76
3.5.3 劳斯稳定判据 78
3.6 反馈系统的稳态误差计算 82
3.6.1 反馈系统的误差 82
3.6.2 反馈系统响应参考输入信号的稳态误差及其计算 83
3.6.3 反馈系统响应扰动输入信号的稳态误差及其计算 93
3.6.4 减小或消除稳态误差的措施 95
3.7 复合控制的误差分析 96
3.7.1 补偿扰动信号对系统输出的影响 97
3.7.2 减小系统响应参考输入信号的误差 98
3.8 基于MATLAB的控制系统时域分析 101
3.8.1 时域响应 101
3.8.2 动态性能指标计算与稳定性分析 105
习题 106
第4章 线性系统的根轨迹分析 110
4.1 根轨迹的概念 110
4.1.1 根轨迹举例 110
4.1.2 根轨迹方程 111
4.2 绘制根轨迹的基本规则 113
4.2.1 绘制180°根轨迹的基本规则 114
4.2.2 绘制0°根轨迹的基本规则 122
4.2.3 绘制根轨迹应注意的问题 124
4.3 线性系统的根轨迹分析 125
4.3.1 最小相位系统的根轨迹分析 125
4.3.2 非最小相位系统的根轨迹分析 130
4.3.3 参量根轨迹分析 131
4.4 用MATLAB绘制根轨迹 135
习题 139
第5章 线性系统的频域分析 143
5.1 频率特性的概念 143
5.1.1 系统对正弦输入信号的稳态输出 143
5.1.2 频率响应和频率特性 145
5.1.3 频率特性的几何表示法 146
5.2 开环系统的幅相频率特性曲线 147
5.2.1 典型环节的Nyquist图 147
5.2.2 开环系统的Nyquist图 153
5.3 开环系统的对数频率特性曲线 157
5.3.1 对数频率特性曲线的基本概念 157
5.3.2 典型环节的Bode图 158
5.3.3 开环系统的Bode图 164
5.3.4 最小相位系统和非最小相位系统 165
5.4 频域稳定性分析 170
5.4.1 Nyquist稳定判据 170
5.4.2 相对稳定性 177
5.5 频域性能指标与时域性能指标的关系 180
5.5.1 闭环幅频特性 180
5.5.2 频域性能指标和动态性能指标的关系 182
5.5.3 开环渐近幅频特性和稳态性能指标的关系 186
5.6 MATLAB在频域分析中的应用 187
习题 190
第6章 线性系统的综合与校正 195
6.1 系统校正的概念 195
6.1.1 控制系统的校正方式及设计方法 195
6.1.2 输入信号与控制系统带宽 197
6.2 分析法串联超前校正 199
6.2.1 超前校正装置的特性 199
6.2.2 分析法串联超前校正参数的确定 201
6.2.3 超前校正的特点和适用范围 204
6.3 分析法串联滞后校正 205
6.3.1 滞后校正装置的特性 205
6.3.2 分析法串联滞后校正参数的确定 206
6.3.3 滞后校正的特点和适用范围 208
6.4 分析法串联滞后-超前校正 209
6.4.1 滞后-超前校正装置的特性 209
6.4.2 分析法串联滞后-超前校正参数的确定 210
6.4.3 滞后-超前校正的特点和适用范围 212
6.5 综合法串联校正 213
6.5.1 期望特性 213
6.5.2 综合法串联校正参数的确定 216
6.5.3 综合法串联校正的特点 219
6.6 综合法反馈校正 219
6.6.1 反馈校正的功能 219
6.6.2 综合法反馈校正参数的确定 222
6.6.3 反馈校正与串联校正的比较 226
6.7 PID控制器 227
6.7.1 PID控制器的结构及其作用 227
6.7.2 PID控制器设计举例 230
6.8 基于MATLAB的控制器设计 234
习题 237
第7章 非线性系统分析 242
7.1 非线性系统的数学描述 242
7.1.1 非线性系统的状态方程描述 242
7.1.2 典型非线性特性 243
7.1.3 非线性系统的特点和分析方法 246
7.2 描述函数法 247
7.2.1 谐波线性化的概念 247
7.2.2 典型非线性特性的描述函数 248
7.2.3 非线性系统的描述函数分析 251
7.3 相平面法 256
7.3.1 线性系统的相轨迹 257
7.3.2 相轨迹的绘制 259
7.3.3 非线性系统的相平面分析 261
7.4 利用非线性特性改善控制系统的性能 269
7.5 MATLAB在非线性系统中的应用 270
习题 274
第8章 线性离散系统的分析与综合 277
8.1 采样过程与信号保持 277
8.1.1 采样过程 278
8.1.2 采样周期的选取 279
8.1.3 信号保持 282
8.2 z 变换 284
8.3 脉冲传递函数 285
8.3.1 线性常系数差分方程 286
8.3.2 脉冲传递函数的概念 287
8.3.3 开环系统的脉冲传递函数 289
8.3.4 闭环系统的脉冲传递函数 292
8.4 稳定性分析 295
8.4.1 s 平面与z平面的映射关系 295
8.4.2 线性离散系统稳定的充要条件 296
8.4.3 推广的劳斯稳定判据 297
8.4.4 朱利稳定判据 298
8.5 时域分析 301
8.5.1 闭环极点的位置及其对应的瞬态响应 301
8.5.2 时域响应 303
8.5.3 稳态误差计算 304
8.6 系统综合 308
8.6.1 数字控制器的离散化设计方法 308
8.6.2 数字控制器的连续化设计方法 317
8.7 MATLAB 在线性离散系统中的应用 319
习题 322
附录 拉氏变换表与z变换表 327
参考文献 329