本书第 4 版是在国家级 十一五 规划教材第 3 版的基础上修订而成的。书中全面系统地介绍了自动控制理论基本分析和设计方法。全书共分 9 章，前 6 章介

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为便于读者自学，本书精心选编了大量解题指导，旨在加强学生的课后训练，提高分析设计能力，以便学生灵活运用各章方法。同时，根据多年的考研辅导经验，精选了重要例题附在其中，对考研复习意义重大。加之各章配有的内容总结、提要和学习、复习指导，提纲挈领地把本章内容串成一条主线，相互联系起来，有利于突出重点和牢固掌握基本知识。

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本教材可作为普通高校自动化、通信、计算机、自动控制、仪器仪表、测控、机械、动力、冶金等专业的教材，也可作为成人教育和继续教育的教材，还可作为科技人员参考用书。

第 1 版前言

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随

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面对高科技的迅猛发展，为了培养适应 21 世纪需要的高质量人才，我国各大学正在深入进行教学改革。本教材

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本书全面地阐述了自动控制的基本理论，系统地介绍了

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第一章介绍了自动控制的基本概念，将控制理论研究的对象和任务作了整体的介绍，引出了自动控制系统的常用术语，并给出了从系统原理图到方框图的定性分

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第二章是控制系统数学描述方法，详述了数学模型作

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第三章介绍了线性系统的时

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第四章介绍了线性系统根轨迹分

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第五章频率法是工程上重点应用的方法，对频率域作图、分析的原理进行了详细讨论，并给出了

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第六章介绍了

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第七章介绍了非线性系统的描

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第八章介绍了离散控制系统理论，详细讨

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本书的编写意图有二：一是适应教学的需要，在内容上保留了课程的重点，去掉了工程

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符合新时期自动化专业发展

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注重基本概念的讲解，针对工科学生特点，对于重要的定理，兼顾到理论完整性的同时，力求避免采用高深数学推导，尽

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遵照课堂

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符合国内

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本教材可作为普通高校电气工程自动化

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本教材主编王划一，副主

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因编写时间仓促，编者

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编者

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2001 年 5 月

目录

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第 1 章

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1.1 引言

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1.2 自动控制的基本知识

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1.2

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1.2.2 自动控制的定义及基本职能元件

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1.2.3 自动控制中的一些术语及方框图

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1

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1.3.1 开环控制

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1.3.2 闭环控制

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1.3.3 开环系统与闭环系统的比较

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1.4 自动控制系统的分类及基本组成

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1.4.1 按给定信号的特征分类

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1.4.2

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1.4.3 按信号传递的连续性分类

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1.4.4 按系统的输入与输出信号的数量分类

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1.

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1.5 对控制系统的要求和分析设计

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1.5.1 对系统的要求

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1.5.2 控制系统的分析与设计

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1.6

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1.6.1 早期的自动控制工作

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1.

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1.6.3 现代控制理论

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1.7 例题精解

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学习指导与小结

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习题

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第 2 章 控制系统的数学模型

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2.1 引言

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2.1.1 系统数学模型的特点

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2.1.2 数学模型的类型

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2.1.3 系统数学模型的建模原则

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2.2 系统微分方程的建立

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2.2.1 列写微分方程式的一般步骤

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2.2.2 机械系统举例

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2.2.3 电路系统举例

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2.2.4 实际物理系统线性微分方程的一般特征

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2.2.5 电枢控制直流电动机

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2.3 线性系统的传递函数

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2.3.1 线性常系数微分方程的求解

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2.3.2 传递函数的定义和实际意义

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2.3.3 传递函数的性质及微观结构

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2.4 典型环节及其传递函数

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2.5 系统的结构图

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2.5.1 结构图的定义及基本组成

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2.5.2 结构图的绘制步骤

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2.5.3 结构图的基本连接形式

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2.5.4 结构图的等效变换

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2.5.5 结构图的简化

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2.6 信号流图及梅逊公式

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2.6.1 信号流图的基本概念

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2.6

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2.6.3 梅逊增益公式

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2.7 例题精解

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学习指导与小结

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习题

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第 3 章 时域分析法

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3.1 典型输入信号和时域性能指标

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3.1.1 典型输入信号

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3.1.2 阶跃响应性能指标

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3.2 一阶系统时域分析

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3.2

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3.2.2 一阶系统的单位脉冲响应

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3.2.3 一

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3.3 典型二阶系统时域分析

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3.3.1 典型二阶系统的单位阶跃响应

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3.3.

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3.3.3 过

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3.3.4 二阶系统的单位脉冲响应

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3.3.5 二阶系统的单位斜坡响应

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3.4 高阶系统分析

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3.4.1 高阶系统的单位阶跃响应

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3.4.2 闭环零极点对系统性能的影响

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3.4.3 闭环主导极点

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3.5 控制系统的稳定性分析

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3.5.1 稳定性的概念及线性系统稳定的充要条件

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3.5.2 劳斯稳定判据

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3.5.3 两种特殊情况

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3.5.4 劳斯稳定判据在系统分析中的应用

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3.6 控制系统的稳态误差分析

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3.6.1 稳态误差的定义及一般计算公式

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3.6

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3.6.3 给定信号作用下的稳态误差分析

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3.6.4 扰动信号作用下的稳态误差分析

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3.7 PID 基本控制作用对系统性能的影响

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3.7.1 比例 (P) 控制

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3.7.2 比例加微分 (PD) 控制

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3.7.3 积分 (I) 控制

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3.7.4 比例加积分 (PI) 控制

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3.7.5 比例加积分加微分 (PID) 控制

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3.8 例题精解

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学习指导与小结

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习题

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第 4 章 根轨迹法

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4.1 根轨迹

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4.1.1 根轨迹的基本概念

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4.1.2 根轨迹与系统性能

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4.1.3 根轨迹方程

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4.2 绘制根轨迹的基本法则

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4.2.1 绘制根轨迹的基本法则

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4.2.2 闭环极点的确定

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4.3 广义根轨迹

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4.3.1 零度根轨迹

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4.3.2 参变量根轨迹

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4.3.3

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4.4 例题精解

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学习指导与小结

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习题

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第 5 章 线性系统的频域分析法

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5.1 频率特性

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5.1.1 基本概念

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5.1.2 频率特性的定义

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5.1.3 频率特性的几何表示法

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5.2 典型环节的频率特性

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5.3 控制系统的开环频率特性

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5.3.1 开环极坐标图

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5.3.2 开环伯德图

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5.3.3 最小相

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5.4 奈奎斯特稳定判据

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5.4.1 辅助函数

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5.4.2 幅角原理

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5.4.3 奈氏判据

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5.4.4 伯德图上的稳定性判据

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5.5 开环频域指标

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5.5.1 稳定裕度

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5.5.2 开环频域指标与时域性能指标的关系

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5.5.3 三段频与系统性能

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5.6 闭环频率特性

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5.6.1 闭环频率特性

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5.6

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5.6.3 闭环频域指标与开环频域指标的关系

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5.7 例题精解

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学习指导与小结

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习题

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第 6 章 控制系统的校正

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6.1 校正的基本概念

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6.1.1 校正的定义

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6.1.2 校正方式

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6.1.3 设计方法

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6.2 典型校正装置

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6.2.1 典型无源超前校正网络

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6.2.

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6.2.3 典型无源滞后 超前校正网络

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6.2.4 调节器

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6.3 频域法串联校正

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6.3.1 串联分析法

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6.3.2 串联综合法

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6.3.3 PID 调节器

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6.4 频域法反馈校正

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6

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6.5.1 按扰动补偿的复合校正

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6.5.2 按输入补偿的复合校正

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6.6 例题精解

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6.7 应用案例

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学习指导与小结

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习题

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第 7 章 非线性系统

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7.1 典型非线性特性

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7.1.1 典型非线性特性的种类

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7.1.2 非线性系统的若干特征

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7.1.3 非线性系统的分析方法

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7.2 描述函数法

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7.2.1 描述函数的定义

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7.2.2 描述函数的求法

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7.2.

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7.2.4 用描述函数法分析非线性系统

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7.3 例题精解

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学习指导与小结

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习题

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第 8 章 离散控制系统

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8.1 引言

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8.1.1 离散系统的基本概念

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8.1.2 离散

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8.1.3 离散系统的特点

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8.2 采样过程和采样定理

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8.2.1 采样过程的数学描述

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8.2.2 采样信号频谱分析

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8.2.3 采样定理

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8.3 信号恢复

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8.3.1 信号保持的基本原理

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8.3.2 零阶保持器

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8.4 Z 变换

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8.4.1 Z 变换的定义

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8.4.2 Z 变换的求法

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8.4.3 Z 变换的性质

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8.4.4 Z 反变换

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8

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8.5.1 差分方程

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8.5.2 脉冲传递函数

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8.5.3 离散系统结构图与脉冲传递函数

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8.5.4 两种数学模型之间的相互转换

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8.6 离散系统的时域分析

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8.6.1 s 平面与

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8.6.2 离散系统的动态性能分析

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8.6.

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8.6.4 离散系统的稳态误差

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8.7 离散系统的数字校正

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8.8 例题精解

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学习指导与小结

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习题

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第 9 章 控制系统的 MATLAB 仿真与模拟实验

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9.1 用 MATLAB 分析控制系统性能

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9.2 Simulink 方法建模与仿真

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9.

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实验一 典型环节及阶跃响应测试

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实验二 系统频率特性测量

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实验三 连续系统的频率法串联校正

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附录 1 拉普拉斯变换

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附录 2 MATLAB 常用命令

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参考文献