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第1章 绪论1

1.1　控制的意义1

1.2 自动控制与自动控制系统2

1.2.1 自动控制系统的基本原理和基本概念2

1.2.2 自动控制的基本方式4

1.2.3 闭环控制系统的基本组成6

1.2.4　自动控制系统的基本类型7

1.2.5　对控制系统的基本要求8

1.3　计算机辅助工具MATLAB软件及其应用简介9

1.3.1 MATLAB的命令窗口10

1.3.2 MATLAB中的命令函数和M文件10

1.3.3 MATLAB中的变量和语句11

1.3.4 MATLAB中的运算符11

1.3.5　用MATLAB绘制响应曲线13

1.3.6 Simulink简介15

本章小结17

习题118

第2章　控制系统的数学模型20

2.1　拉普拉斯变换及其应用20

2.1.1　拉普拉斯变换的定义20

2.1.2　拉氏变换的性质21

2.1.3　用拉普拉斯变换分析R、L、C串联电路23

2.1.4　拉氏反变换24

2.2　系统的微分方程24

2.2.1 电气系统25

2.2.2　机械系统26

2.3　传递函数27

2.3.1　传递函数的定义27

2.3.2　传递函数的性质28

2.4　结构图及其等效变换29

2.4.2　结构图的连接方式29

2.4.1 结构图的基本概念29

2.4.3　结构图的等效变换33

2.5.1　信号流图35

2.5　信号流图及梅逊公式应用35

2.5.2　梅逊公式37

2.6.1 基本概念40

2.6　控制系统的频率特性40

2.6.2　频率特性的图示方法41

2.6.3　基本环节的频率特性46

2.7 典型环节的数学模型和典型系统的传递函数53

2.8　数学模型的MATLAB表示与变换58

2.8.1 MATLAB的基本概念58

2.8.2　数学模型的MATLAB表示与变换59

本章小结61

习题262

第3章　控制系统的性能分析66

3.1　概述66

3.1.1　一阶系统的动态性能分析66

3.1.2　二阶系统的动态性能分析67

3.2　稳定性能的分析72

3.2.1 系统稳定的充分与必要条件72

3.2.2　劳斯稳定判据73

3.2.3　结构不稳定系统的改进措施76

3.3　动态性能的分析78

3.4　稳态误差的分析计算80

3.4.1　给定信号作用下的稳态误差及误差系数81

3.4.2　扰动信号作用下的稳态误差84

3.4.3　改善系统稳态精度的方法86

3.5　稳态性能的频域分析87

3.5.1 开环频率特性和闭环特征式的关系87

3.5.2　相角变化量和系统稳定性的关系88

3.5.3　奈奎斯特稳定判据90

3.5.4 G(s)H（s）中含有积分环节时的奈氏判据91

3.5.5　对数频率稳定判据93

3.5.6　系统的相对稳定性及稳定裕量96

本章小结99

习题399

4.1　系统校正概述104

第4章　控制系统的综合校正104

4.2　串联校正105

4.2.1　超前校正装置105

4.2.2 滞后校正108

4.3 反馈校正110

4.3.1 反馈校正系统的基本概念110

4.3.2　反馈校正系统的功能111

4.4　复合校正113

4.4.1　按干扰补偿的顺馈控制113

4.4.2　按输入补偿的顺馈控制114

4.5 调节器116

4.5.1 P（比例）调节器116

4.5.2 PD（比例—微分）调节器117

4.5.3 PI（比例—积分）调节器117

4.5.4 PID（比例—积分—微分）调节器120

4.6　控制系统的一般设计方法121

4.6.1　线性化处理121

4.6.2　大惯性环节的近似处理122

4.6.3　小惯性环节的近似处理122

4.6.4　小惯性群的近似处理122

4.6.5　高阶系统的降阶处理123

本章小结123

习题4124

第5章　线性离散系统的分析与综合126

5.1　离散系统概述126

5.2　采样与保持128

5.2.1　采样器和采样函数128

5.2.2　采样定理——采样频率的选择129

5.2.3　采样信号的整量化130

5.2.4　保持器——采样信号的复现130

5.3 z变换131

5.3.1 Z变换的定义式131

5.3.2 Z变换的主要运算定理134

5.3.3 Z反变换138

5.4　差分方程与脉冲传递函数139

5.4.1　差分方程139

5.4.2　脉冲传递函数141

5.5　离散系统框图分析与闭环脉冲传递函数的求取145

5.5.1 开环离散系统的脉冲传递函数146

5.5.2　离散系统闭环脉冲传递函数147

5.6　离散系统的性能分析150

5.6.1 离散系统的稳定性分析150

5.6.2　离散系统的稳态性能分析153

5.6.3　离散系统的动态性能分析155

本章小结157

习题5158

第6章　控制系统实例159

6.1　关于模型化问题159

6.1.1　模型的建立方法160

6.1.2　表示电动机模型的方框图160

6.1.3　可控硅整流器的模型化161

6.2 电流控制的基本知识162

6.2.1　绘制电流控制系统的伯德图163

6.2.3　积分增益与电枢的拐点频率相等时系统对干扰的响应164

6.2.2　积分增益与电枢的拐点频率相等时的响应164

6.2.4　利用伯德图设计干扰响应的方法165

6.2.5　改变积分增益时的响应166

6.3　速度控制系统的设计167

6.3.1 速度控制系统的构成167

6.3.2　求电流控制系统闭环传递函数的方法168

6.3.3 画速度控制系统伯德图的方法168

6.3.4　控制增益与响应之间的关系169

6.3.5　系统对干扰的响应170

6.3.6　过调量的抑制方法171

6.4　位置控制系统的设计方法172

6.4.1　位置控制系统的构成173

6.4.2　画位置控制系统增益曲线的方法174

6.4.3 比例增益与响应之间的关系174

6.4.3 轨迹控制中的跟踪性研究175

6.4.5　在位置控制中限制目标值变化的方法176

本章小结177

习题6177

第7章　过程控制系统179

7.1　过程控制系统概述179

7.1.2　过程控制系统的组成与分类179

7.1.1 过程控制的概念179

7.1.3　过程控制系统的特点180

7.1.4　过程控制系统的性能指标180

7.2　过程参数的检测与变送181

7.2.1 测量误差181

7.2.2　检测仪表的结构182

7.2.3　温度检测与变送182

7.2.4　其他参量的检测与变送185

7.3　过程控制仪表187

7.3.1　DDZ-Ⅲ型调节器187

7.3.2　可编程调节器188

7.3.3　执行器190

7.4　单回路过程控制系统192

7.4.1 单回路过程控制系统的原理结构192

7.4.2　单回路过程控制系统的特性分析193

7.4.3 单回路过程控制系统的选型分析194

7.5 串级过程控制系统195

7.5.1 串级控制系统的结构与模型196

7.5.2 串级过程控制系统的特点与应用197

7.5.3 串级过程控制系统的设计与调整199

7.6　过程控制系统的其他形式200

本章小结204

习题7205

第8章　计算机自动控制206

8.1 数字控制的基本知识206

8.1.1 模拟控制与数字控制206

8.1.2　计算机的基本构成207

8.1.3 数字控制中的信号208

8.1.4　PID控制的操作量运算209

8.1.5　采样周期的设定212

8.2　用微型计算机实现的控制系统213

8.2.1 电动机的微型计算机控制特征213

8.2.2 由微型计算机构成的电动机控制系统214

8.2.3 由微型计算机实现传递函数215

8.2.4　利用定点运算的控制信号处理216

8.3　计算机控制系统的构成217

8.3.1　控制系统构成的机器特性218

8.3.2 计算机控制系统的构成219

8.4　计算机控制的实例222

8.4.1　钢板厚度的控制222

8.4.2　板厚控制系统和功能分配223

本章小结227

习题8227

附录A　常用文字符号228

附录B　拉扑拉斯变换的性质和拉扑拉斯变换表236

附录C　MATLAB指令238

参考文献240