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第1章 概述1

1.1 引言1

1.2 反馈控制系统的基本概念5

1.3 方框图表示法和控制系统组成要素6

1.4 自动控制系统的分类6

1.5 控制系统性能分析11

1.6 自动控制系统的性能要求14

应用案例1：汽车自动巡航控制系统15

重要术语115

习题116

第2章 控制系统的数学模型17

2.1 引言17

2.2 微分方程、传递函数和阶跃响应17

2.3 机理分析建模方法19

2.4 典型环节的数学模型29

2.5 方框图等效转换和信号流图43

2.6 状态空间模型及求解52

2.7 状态空间模型的标准形57

2.8 状态空间模型的标准形变换65

2.9 实验建模方法67

2.10 非线性系统的线性化方法74

应用案例2：电站锅炉过热汽温过程模型76

重要术语278

习题279

第3章 控制系统的时域分析84

3.1 引言84

3.2 时域性能指标84

3.3 标准一阶系统的时域分析87

3.4 标准二阶系统的时域分析90

3.5 高阶系统的动态响应及简化分析100

3.6 零极点分布对系统动态响应的影响103

3.7 控制系统的稳定性与代数判据106

3.8 控制系统的稳态误差分析及误差系数118

3.9 李亚普诺夫稳定性分析126

3.10 控制系统的鲁棒性分析131

应用案例3：电站锅炉过热汽温控制系统性能指标及稳定性分析134

重要术语3135

习题3136

第4章 控制系统设计导论及时域设计139

4.1 引言139

4.2 系统结构设计141

4.3 控制规律选择143

4.4 控制器参数整定146

4.5 串级控制系统149

4.6 多闭环控制系统150

4.7 比值控制系统152

4.8 前馈控制系统153

4.9 解耦控制系统157

4.10 迟延补偿控制系统159

4.11 标准传递函数控制器设计160

应用案例4：电站锅炉过热汽温PID控制系统164

重要术语4166

习题4167

第5章 控制系统的根轨迹分析与设计168

5.1 引言168

5.2 根轨迹的基本概念168

5.3 绘制根轨迹图的规则和方法172

5.4 开环零极点对根轨迹的影响185

5.5 控制系统根轨迹图分析188

5.6 控制系统的根轨迹设计189

5.7 参变量根轨迹族196

5.8 零度根轨迹198

应用案例5：电站锅炉水位控制系统根轨迹法分析与设计201

重要术语5203

习题5203

第6章 控制系统的频域分析与设计205

6.1 引言205

6.2 频率特性的基本概念205

6.3 频率特性的极坐标图206

6.4 频率特性的对数坐标图213

6.5 控制系统的奈氏图分析221

6.6 控制系统的伯德图分析231

6.7 闭环系统频率特性分析237

6.8 控制系统的频域设计243

应用案例6：电站锅炉水位控制系统频域法分析与设计253

重要术语6255

习题6255

第7章 离散控制系统的分析与设计259

7.1 引言259

7.2 连续信号的采样和复现260

7.3 离散控制系统的数学模型263

7.4 离散控制系统的性能分析271

7.5 离散控制系统的设计279

应用案例7：电站锅炉过热汽温数字PID控制系统295

重要术语7297

习题7297

第8章 控制系统的状态空间分析与设计300

8.1 引言300

8.2 离散状态方程及时域解300

8.3 连续状态方程转换为离散状态方程302

8.4 状态转移矩阵的计算302

8.5 系统的稳定性、能控性和能观性分析306

8.6 线性定常系统的结构分解313

8.7 闭环控制系统的状态空间分析316

8.8 用极点配置法设计状态控制器320

8.9 用极点配置法设计状态观测器324

8.10 最优控制概论328

应用案例8：电站锅炉过热汽温状态反馈控制系统331

重要术语8333

习题8334

第9章 非线性控制系统的分析与设计336

9.1 引言336

9.2 非线性控制系统的描述函数分析342

9.3 非线性控制系统的相平面分析353

9.4 非线性控制系统设计367

应用案例9：检定炉炉温PID控制参数自整定系统370

重要术语9372

习题9372

附录375

附录1 拉普拉斯变换表及定理375

附录2 用拉氏变换求解微分方程377

附录3 Z变换表及定理379

附录4 Z反变换解算381

附录5 典型系统的根轨迹图383

附录6 一些常用数学运算公式384

附录7 习题参考答案386

参考文献408