1緒論(1)1.1控制理論的形成與發展(1)1.1.1自動控制理論階段(3)1.1.2現代控制理論階段(7)1.1.3智能控制理論階段(8)1.2自動控制系統的基本概念(10)1.2.1手動控制與自動控制系統(11)1.2.2自動控制系統的基本環節(13)1.2.3自動控制系統的基本變量(14)1.2.4開環控制系統(14)1.2.5閉環控制系統(15)1.2.6復合控制系統(16)1.3自動控制系統性能的基本要求(17)1.3.1穩定性(17)1.3.2動態特性(19)1.3.3靜態特性(21)1.4自動控制系統的分類(22)1.4.1線性系統與非線性系統(22)1.4.2連續系統與離散系統(23)1.4.3恒值系統與隨動系統(23)1.4.4單變量系統與多變量系統(24)1.4.5確定性系統與不確定性系統(24)1.4.6集中參數系統與分布參數系統(24)1.5教學內容、課程目標與要求(24)1.5.1教學內容(24)1.5.2課程目標(25)1.5.3教學要求(26)本章小結(27)本章思維導圖(27)本章習題(28)2線性控制系統的數學建模(29)2.1微分方程(29)2.1.1微分方程建模的一般步驟(29)2.1.2典型線性系統的微分方程(30)2.2傳遞函數(34)2.2.1傳遞函數的定義(34)2.2.2傳遞函數的基本性質(35)2.2.3典型環節的傳遞函數(35)2.3方框圖(38)2.3.1方框圖的定義(39)2.3.2方框圖的等效變換(40)2.4信號流圖(45)2.4.1信號流圖的定義及相關術語(45)2.4.2信號流圖的基本性質(46)2.4.3信號流圖的繪制(46)2.4.4信號流圖的梅森公式(47)2.5控制系統的典型傳遞函數(48)2.5.1系統的開環傳遞函數(49)2.5.2系統的閉環傳遞函數(49)2.5.3系統的誤差傳遞函數(50)本章小結(50)本章思維導圖(52)本章習題(52)自動控制原理(第四版)目錄3控制系統的時域分析(56)3.1典型輸入信號(56)3.2線性定常系統的時域響應與性能指標(58)3.2.1線性定常系統的時域響應(58)3.2.2控制系統時域響應的性能指標 (58)3.3一階系統的時域響應(59)3.3.1一階系統的單位階躍響應(59)3.3.2一階系統的單位脈沖響應(60)3.3.3線性定常系統的重要特性(61)3.4二階系統的時域響應(61)3.4.1二階系統的數學模型(61)3.4.2二階系統的單位階躍響應(62)3.4.3二階系統的時域響應的性能指標(65)3.4.4二階系統的單位脈沖響應(70)3.5高階系統的時域響應(71)3.5.1高階系統單位階躍響應(71)3.5.2閉環主導極點(72)3.6線性定常系統的穩定性(73)3.6.1控制系統穩定性的概念與條件(73)3.6.2線性定常系統穩定的充分必要條件(74)3.6.3勞斯穩定判據(74)3.6.4赫爾維茨穩定判據 (77)3.6.5穩定判據的應用(78)3.6.6相對穩定性和穩定裕度(80)3.7線性定常系統的穩態誤差(81)3.7.1誤差及穩態誤差的基本概念(81)3.7.2系統穩態誤差的計算(82)3.7.3動態誤差系數(87)3.7.4改善系統穩態精度的途徑(88)本章小結(91)本章思維導圖(92)本章習題(93)4控制系統的根軌跡分析(96)4.1根軌跡的基本概念(96)4.2根軌跡方程(97)4.3常規根軌跡繪制規則(99)4.4廣義根軌跡及其繪制(108)4.4.1參數根軌跡(108)4.4.2零度根軌跡(109)4.5利用根軌跡法實現系統性能分析(112)4.5.1基于根軌跡的系統穩定性分析(112)4.5.2基于根軌跡的系統穩態性能分析(113)4.5.3基于根軌跡的系統動態性能分析(113)4.5.4增加開環零、極點對根軌跡的影響(115)本章小結(115)本章思維導圖(116)本章習題(117)5控制系統的頻域分析(119)5.1頻率特性的基本概念(119)5.1.1頻率特性的定義(119)5.1.2頻率特性的表示方法(121)5.2典型環節與系統的開環頻率特性(124)5.2.1典型環節的頻率特性(124)5.2.2系統開環頻率特性(135)5.2.3*小相位系統和非*小相位系統(144)5.2.4由伯德圖確定傳遞函數(145)5.3奈奎斯特穩定判據(146)5.3.1幅角原理(147)5.3.2奈氏判據(148)5.3.3奈氏判據在伯德圖中的應用 (153)5.4控制系統的相對穩定性(154)5.4.1相位裕量(155)5.4.2增益裕量(156)5.5開環對數頻率特性與相對穩定性的關系(157)5.5.1伯德原理(157)5.5.2三段頻特點(158)5.6控制系統的閉環頻率特性(162)5.6.1用向量法繪制閉環頻率特性(162)5.6.2尼柯爾斯圖(163)5.6.3非單位反饋系統的閉環頻率特性(165)5.7頻域性能指標與時域性能指標的關系(166)5.7.1閉環頻域指標(166)5.7.2開環頻域指標和時域性能指標的關系(167)5.7.3閉環頻域指標與時域性能指標的關系(169)本章小結(171)本章思維導圖(172)本章習題(172)6控制系統的校正與設計(175)6.1控制系統校正的概念(175)6.1.1校正方案及校正裝置(175)6.1.2校正裝置的應用(176)6.2常用校正裝置及其特性(176)6.2.1超前校正裝置(176)6.2.2滯后校正裝置(178)6.2.3滯后超前校正裝置(179)6.2.4PID校正裝置(179)6.3基于頻率法的串聯校正(182)6.3.1超前校正設計(183)6.3.2滯后校正設計(184)6.3.3滯后超前校正設計(186)6.3.4按系統期望頻率特性進行校正(189)6.3.5PID校正(191)6.4反饋校正及其參數確定(194)本章小結(197)本章思維導圖(198)本章習題(198)7線性離散控制系統分析(201)7.1離散系統的基本概念(201)7.1.1離散控制系統(201)7.1.2離散控制系統的特點(204)7.1.3離散控制系統的研究方法(204)7.2信號的采樣與保持(204)7.2.1采樣過程及其數學描述(204)7.2.2采樣定理(206)7.2.3信號的復現與零階保持器(207)7.2.4采樣周期的選擇(209)7.3z變換理論(210)7.3.1z變換的定義(210)7.3.2z變換方法(211)7.3.3z變換基本定理(214)7.3.4z反變換(216)7.4離散控制系統的數學模型(218)7.4.1差分方程(218)7.4.2脈沖傳遞函數(220)7.4.3差分方程和脈沖傳遞函數的關系(229)7.5線性離散控制系統的分析(230)7.5.1離散控制系統的穩定性分析(230)7.5.2離散控制系統的穩態性能分析(234)7.5.3離散控制系統的動態性能分析(237)本章小結(240)本章思維導圖(241)本章習題(241)8非線性控制系統(245)8.1非線性系統概述(245)8.1.1典型非線性特性(245)8.1.2非線性系統的基本特征(247)8.1.3非線性系統的分析方法及應用(248)8.2描述函數法(249)8.2.1描述函數法的基本概念(249)8.2.2典型非線性特性的描述函數(251)8.2.3用描述函數法分析非線性系統的穩定性(255)8.3相平面法(259)8.3.1相平面的基本概念(259)8.3.2相軌跡的繪制(260)8.3.3相平面分析(262)本章小結(271)本章思維導圖(271)本章習題(272)9直流電動機控制系統分析與綜合(274)9.1直流電機簡介(274)9.2直流電動機模型及特性分析(275)9.2.1直流電動機模型(275)9.2.2直流電動機模型特性分析(276)9.3直流電動機閉環控制系統的時域分析(278)9.3.1基于調速模型討論閉環控制與開環控制的優劣(278)9.3.2基于位置模型討論PID閉環控制(281)9.4直流電動機閉環控制系統的頻域分析(295)9.5直流電動機位置控制系統的頻域綜合(297)9.5.1 超前滯后控制器的設計與仿真(297)9.5.2超前滯后控制器的設計與仿真(302)9.5.3PID控制器的設計與仿真(305)9.6直流電動機離散控制系統分析(308)9.7直流電動機非線性反饋控制系統綜合(310)9.7.1非線性速度反饋校正改善動態品質(310)9.7.2前向通道加入非線性環節改善動態品質(312)9.7.3用非線性切換方式改善滯后(PI)校正(313)本章小結(315)附錄A“自動控制原理”OBE課程教學大綱(316)附錄B自動化專業畢業要求(326)附錄CMatlab/Simulink在控制系統分析與綜合中的應用實例(327)附錄D自動化領域重要學術期刊、會議及文獻檢索工具(350)參考文獻(352)