控制系统分析与设计

第1章 绪论

1.1 控制理论的发展

1.2 控制系统的概念

1.3 控制系统的分类

1.4 课程内容

第2章 控制系统的数学模型

2.1 数学模型的分类

2.2 系统的参数模型

2.2.1 微分方程

2.2.2 状态方程

2.2.3 传递函数

2.2.4 结构图描述

2.3 系统的非参数模型

2.3.1 频率特性

2.3.2 响应曲线

2.4 模型生成与转换的MATLAB实现

2.4.1 连续系统建模

2.4.2 离散系统模型

2.4.3 结构化简

2.4.4 模型转换

习题

第3章 控制系统分析与设计的频域法

3.1 控制系统的性能指标

3.1.1 稳态性能指标

3.1.2 动态性能时域指标

3.2 典型系统的动态性能

3.2.1 一阶系统的性能指标

3.2.2 典型二阶系统的性能指标

3.2.3 典型二阶系统的动态性能与闭环频率特性的关系

3.2.4 高阶系统的动态性能

3.3 控制系统的频率响应法

3.3.1 对数频率特性图

3.3.2 频域的动态性能指标

3.3.3 频率响应法示例

3.4 控制器的设计方法和校正形式

3.4.1 控制器的设计方法

3.4.2 控制器的校正形式

3.5 串联控制器设计的综合法

3.5.1 工程系统的典型开环幅频特性形状

3.5.2 期望的开环频率特性设计

3.5.3 串联校正综合设计法举例

3.6 局部反馈控制器设计的综合法

3.6.1 局部反馈校正的作用分析

3.6.2 两类重要的局部反馈校正

3.6.3 局部反馈校正的综合法小结

3.7 控制器设计的分析法

3.7.1 超前校正网络

3.7.2 滞后校正网络

3.7.3 滞后-超前校正网络

3.8 调节系统的综合方法

3.8.1 调节系统的性能指标

3.8.2 调节系统的综合方法

3.9 复合控制

3.9.1 按扰动补偿的复合校正

3.9.2 按输入补偿的复合校正

3.10 频域法的MATLAB实现

3.10.1 单输入单输出系统的频率特性曲线

3.10.2 利用频率特性分析系统的稳定性

3.10.3 频率综合法的MATLAB实现

3.10.4 超前校正器设计的MATLAB实现

习题

第4章 控制系统分析与设计的根轨迹法

4.1 引言

4.1.1 根轨迹的定义

4.1.2 根轨迹的幅值和辐角条件

4.2 绘制根轨迹的基本规则及基于根轨迹的性能分析

4.2.1 绘制根轨迹的基本规则

4.2.2 增加零点和极点对根轨迹的影响

4.2.3 利用根轨迹计算系统的参数

4.3 根轨迹实现的超前校正

4.3.1 超前校正的基本原理

4.3.2 超前校正的设计步骤

4.3.3 超前校正设计中的若干问题

4.3.4 超前校正示例

4.4 根轨迹实现的滞后校正

4.4.1 滞后校正的基本原理

4.4.2 滞后校正的设计步骤

4.4.3 滞后校正示例

4.5 根轨迹实现的超前-滞后校正

4.5.1 超前-滞后校正的原理与步骤

4.5.2 超前-滞后校正示例

4.6 根轨迹法的MATLAB实现

4.6.1 根轨迹图的绘制

4.6.2 根轨迹法的MATLAB示例

习题

第5章 控制系统分析与设计的状态空间法

5.1 状态空间表达式

5.2 稳定性分析

5.2.1 稳定性的定义

5.2.2 李雅普诺夫第一法

5.2.3 李雅普诺夫第二法

5.3 能控性分析

5.4 能观性分析

5.5 极点配置方法

5.5.1 调节系统的极点配置设计法

5.5.2 随动系统的极点配置设计法

5.6 状态空间法的MATLAB实现

5.6.1 线性系统稳定性分析

5.6.2 线性系统的线性相似变换

5.6.3 能控性分析

5.6.4 能观性分析

5.6.5 极点配置

5.6.6 观测器设计

5.6.7 线性二次型指标最优调节器

习题

第6章 控制系统的仿真技术

6.1 控制系统仿真原理

6.1.1 控制系统仿真的过程

6.1.2 系统仿真研究的优缺点

6.2 基于Simulink的建模与仿真方法

6.2.1 Simulink简介

6.2.2 Simulink常用模块介绍

6.2.3 Simulink建模与仿真

6.3 复杂系统仿真的Simulink支撑技术

6.3.1 子系统概念及构成方法

6.3.2 模块封装方法

6.3.3 模块库的构造

6.3.4 M-函数和S-函数

习题

附录A MATLAB基础

参考文献

《控制系统分析与设计/电气工程、自动化专业规划教材》内容包括控制系统建模、控制系统分析与设计以及控制系统的计算机仿真3个部分。第一部分介绍数学模型的分类、各类参数模型和非参数模型，以及MATLAB下模型的生成和转换方法。第二部分涵盖控制系统分析与设计的频域法、根轨迹法和状态空间法，以及上述3种设计法的MATLAB实现。第三部分包括控制系统仿真的原理、基于Simulink的建模与仿真方法以及复杂系统仿真的Simulink支撑技术。