本书是普通高等教育“十一五”国家级规划教材,是为适应机械类专业学生学习控制理论而编写的,也适用于对控制理论有兴趣并希望尽快掌握其基本内容的工程师、学生等对象。

本书共分10章,包括控制理论的基本概念、控制系统的时域建模、频域描述、时域分析、反馈控制系统性能、根轨迹分析、频域分析法、控制系统设计、状态空间基础以及线性离散系统分析等基本内容,涵盖了经典控制理论的大部分内容,其中的状态空间法基础与离散系统分析部分,为进一步掌握现代控制理论以及计算机控制系统提供理论基础。

本书理论叙述力求简洁,同时注重实例分析,并结合MATLAB的数值分析功能,使分析数值化、图形化。每章都有小结与习题,便于读者自学和参考。

第1章 绪论
  1.1 引言
  1.2 控制理论的发展历史
  1.3 控制系统的基本概念
   1.3.1 控制系统的基本构成
   1.3.2 控制系统的分类
   1.3.3 控制系统的质量指标
  1.4 机电控制系统实例
  1.5 MATLAB基础
   1.5.1 MATLAB简介
   1.5.2 MATLAB主要特点
  习题
第2章 控制系统的时域模型
  2.1 物理系统的微分方程
  2.2 小偏差线性化
   2.2.1 问题的提出
   2.2.2 线性化
  2.3 状态与状态方程
   2.3.1 状态与状态变量
   2.3.2 状态方程
  2.4 机械系统数学模型的建立
   2.4.1 机械平移系统
   2.4.2 机械转动系统
   2.4.3 机械传动系统
  2.5 其他系统建模
  2.6 小结
  习题
第3章 控制系统的复数域描述
  3.1 拉氏变换
   3.1.1 拉氏变换的定义
   3.1.2 拉氏变换的性质
   3.1.3 拉氏逆变换
   3.1.4 拉氏变换的应用
   3.1.5 MATLAB求解拉氏变换与拉氏逆变换
  3.2 传递函数
   3.2.1 传递函数的基本概念
   3.2.2 关于传递函数的几点说明
   3.2.3 传递函数阵
  3.3 动态结构图
   3.3.1 动态结构图的基本元素
   3.3.2 动态结构图的化简
  3.4 信号流图
   3.4.1 信号流图的基本元素
   3.4.2 动态结构图与信号流图之间的转换
   3.4.3 梅森公式
   3.4.4 基于MATLAB的结构图变换仿真
  3.5 典型环节与控制系统的传递函数
   3.5.1 典型环节
   3.5.2 控制系统的传递函数
  3.6 机电控制系统中的传感器与直流电动机
   3.6.1 传感器与编码器
   3.6.2 执行电动机
  3.7 实例分析
  3.8 小结
  习题
第4章 控制系统的时域响应
  4.1 时域响应的性能指标
   4.1.1 典型测试信号
   4.1.2 时域性能指标
  4.2 一阶系统分析
   4.2.1 单位阶跃响应分析
   4.2.2 单位斜坡响应分析
   4.2.3 单位脉冲响应分析
   4.2.4 特征根的分布与响应形式之间的关系
  4.3 二阶系统分析
   4.3.1 单位阶跃响应
   4.3.2 单位阶跃响应的性能指标
   4.3.3 单位斜坡响应
   4.3.4 特征根分布与响应形式之间的关系
  4.4 增加零、极点对系统动态过程的影响
   4.4.1 单位反馈系统增加前向通路极点
   4.4.2 单位反馈系统增加前向通路零点
   4.4.3 闭环系统增加极点
   4.4.4 闭环系统增加零点
  4.5 高阶系统近似
  4.6 状态空间模型的时域响应分析
  4.7 MATLAB环境下时域响应分析
  4.8 稳定性分析
   4.8.1 稳定性概念
   4.8.2 代数稳定判据
   4.8.3 相对稳定性
  4.9 实例分析
  4.10 小结
  习题
第5章 反馈控制系统的性能
  5.1 稳态误差
   5.1.1 非线性与误差
   5.1.2 误差的基本概念
   5.1.3 典型输入信号作用下的稳态误差
   5.1.4 稳态误差与闭环传递函数之间的关系
  5.2 反馈与参数鲁棒性
   5.2.1 参数灵敏度
   5.2.2 反馈控制系统中的干扰信号
   5.2.3 反馈的副作用
  5.3 指标函数与最优系统
   5.3.1 时域法
   5.3.2 频域法
  5.4 实例分析
  5.5 小结
  习题
第6章 根轨迹分析
  6.1 基本概念
   6.1.1 根轨迹
   6.1.2 根轨迹方程
  6.2 根轨迹绘制法则
  6.3 根轨迹绘制举例
  6.4 其他形式的根轨迹
   6.4.1 正反馈系统的根轨迹
   6.4.2 非最小相位系统的根轨迹
   6.4.3 参数根轨迹
  6.5 根轨迹分析
  6.6 MATLAB环境下根轨迹的绘制
  6.7 实例分析
  6.8 小结
  习题
第7章 频域分析法
  7.1 频率特性的概念
   7.1.1 频率特性的物理意义
   7.1.2 频率特性的数学意义
   7.1.3 频率特性的表示方法
   7.1.4 频率特性的性能指标
  7.2 典型环节的频率特性
   7.2.1 比例环节
   7.2.2 积分环节
   7.2.3 微分环节
   7.2.4 惯性环节
   7.2.5 一阶微分环节
   7.2.6 二阶振荡环节
   7.2.7 二阶微分环节
   7.2.8 一阶不稳定环节
   7.2.9 延迟环节
  7.3 控制系统的开环频率特性
   7.3.1 开环幅相特性
   7.3.2 开环对数频率特性
  7.4 频率特性的测试方法
  7.5 频域稳定性判据
   7.5.1 米哈伊洛夫定理
   7.5.2 奈奎斯特稳定性判据
   7.5.3 关于原点处极点或零点的处理
   7.5.4 稳定性判据的对数形式
   7.5.5 条件稳定系统
   7.5.6 多回路系统
  7.6 稳定裕度
  7.7 系统频域响应与时域响应的关系
   7.7.1 典型二阶系统时域响应与频域响应的关系
   7.7.2 一般系统时域响应与频域响应之间的关系
   7.7.3 开环频率特性与闭环频率特性之间的关系
  7.8 基于MATLAB的频域分析
  7.9 实例分析
  7.10 小结
  习题
第8章 控制系统设计
  8.1 性能指标与设计方法
  8.2 校正方式
  8.3 串联校正网络
   8.3.1 超前校正网络
   8.3.2 滞后校正网络
   8.3.3 滞后－超前校正网络
  8.4 超前校正网络设计
   8.4.1 超前校正网络的频域设计
   8.4.2 超前校正网络的根轨迹设计
  8.5 滞后校正网络设计
   8.5.1 滞后校正网络的频域设计
   8.5.2 滞后校正网络的根轨迹设计
  8.6 实例分析
  8.7 小结
  习题
第9章 状态空间法基础
  9.1 引论
  9.2 状态空间表达式的建立
   9.2.1 由结构图模型建立状态空间表达式
   9.2.2 由传递函数模型建立状态空间表达式
  9.3 状态变换
   9.3.1 状态向量的非唯一性及特征值不变性
   9.3.2 常用标准型
   9.3.3 MATLAB下建立状态空间模型
  9.4 系统能控性和能观性
   9.4.1 能控性
   9.4.2 能观性
   9.4.3 单输入系统的能控标准型和能观标准型
   9.4.4 系统能控性与能观性的对偶原理
   9.4.5 基于MATLAB的能控性与能观性分析
  9.5 李雅普诺夫稳定性与判别方法
   9.5.1 李雅普诺夫的稳定性定义
   9.5.2 李雅普诺夫的稳定性判据
   9.5.3 线性定常系统的李雅普诺夫稳定性分析
   9.5.4 基于MATLAB的李雅普诺夫稳定性分析
  9.6 线性定常系统的设计与综合
   9.6.1 状态反馈实现极点配置
   9.6.2 最优控制系统的设计
   9.6.3 状态观测器及其应用
  9.7 实例分析
  9.8 小结
  习题
第10章 线性离散系统分析
  10.1 引论
  10.2 信号的采样与复现
   10.2.1 采样过程与采样定理
   10.2.2 信号保持
   10.2.3 A／D转换器和D／A转换器
  10.3 z变换理论
   10.3.1 差分与差分方程
   10.3.2 z变换的定义
   10.3.3 z变换的方法
   10.3.4 z变换的性质
   10.3.5 z逆变换
  10.4 脉冲传递函数
   10.4.1 离散系统的数学定义
   10.4.2 脉冲传递函数
  10.5 离散系统响应的求解
   10.5.1 z变换方法求解差分方程
   10.5.2 利用MATLAB求解离散响应
  10.6 线性定常离散系统的分析
   10.6.1 线性离散系统的稳定性
   10.6.2 离散系统稳态误差
   10.6.3 离散系统动态特性分析
   10.6.4 用LTIViewer对离散控制系统进行系统分析
  10.7 实例分析
  10.8 小结
  习题
参考文献

“十一五”国家规划教材