控制工程基础

第1章 绪论

1.1 控制与反馈控制

1.2 开环控制和闭环控制

1.2.1 开环控制

1.2.2 闭环控制

1.3 控制系统的分类

1.4 控制理论的发展历程

1.5 控制系统的性能基本要求和设计

1.5.1 对控制系统性能的基本要求

1.5.2 控制系统的设计问题

习题

第2章 系统的数学模型

2.1 概述

2.2 系统的微分方程

2.2.1 系统的微分方程

2.2.2 非线性微分方程的线性化

2.3 系统的状态方程

2.3.1 基本概念

2.3.2 线性系统状态空间表达式的建立

2.4 系统的传递函数

2.4.1 传递函数的定义和特性

2.4.2 传递函数的计算

2.4.3 传递函数的基本形式

2.4.4 典型环节的传递函数

2.5 控制系统的方框图

2.5.1 方框图的建立

2.5.2 方框图的等效变换

2.5.3 梅逊公式

2.6 控制系统的传递函数

2.7 系统数学模型的MATLAB建模

2.7.1 传递函数的MATLAB建模

2.7.2 状态空间表达式的MATLAB建模

习题

第3章 系统的时域分析

3.1 概述

3.2 系统的典型输入信号

3.3 系统时域响应的求解

3.3.1 基于微分方程求解时域响应

3.3.2 基于状态方程求解时域响应

3.3.3 基于传递函数求解时域响应

3.4 系统的时域性能指标

3.4.1 系统输出响应的时间历程

3.4.2 系统的动态性能指标

3.4.3 系统的稳态性能指标

3.5 系统的时域性能分析

3.5.1 一阶系统的时域分析

3.5.2 二阶系统的时域分析

3.5.3 高阶系统的时域分析

3.6 控制系统的稳态误差

3.6.1 稳态误差的概念

3.6.2 系统的类型

3.6.3 系统稳态误差的计算

3.6.4 提高系统稳态精度的方法

3.7 系统的稳定性分析

3.7.1 稳定性概念

3.7.2 系统稳定的条件

3.7.3 系统稳定性的劳斯判据

3.7.4 劳斯判据的应用

3.8 系统的可控性与可观性

3.8.1 可控性及其判断

3.8.2 可观性及其判断

3.8.3 系统传递函数与可控性、可观性的关系

3.9 系统时域性能的MATLAB分析

习题

第4章 系统的根轨迹分析

4.1 根轨迹的基本概念

4.2 根轨迹的基本条件与绘制规则

4.2.1 根轨迹的基本条件

4.2.2 绘制根轨迹的规则

4.3 系统的根轨迹绘制

4.3.1 最小相位系统的根轨迹

4.3.2 系统的参量根轨迹

4.3.3 零度根轨迹

4.4 控制系统的根轨迹分析

4.4.1 增加开环零极点对根轨迹的影响

4.4.2 系统性能的根轨迹分析

4.5 系统根轨迹的MATLAB分析

习题

第5章 控制系统的频域分析

5.1 系统的频率特性

5.2 控制系统的频率特性图

5.2.1 系统的极坐标图

5.2.2 系统的对数频率特性图

5.3 基于系统开环频域特性的奈奎斯特稳定判据

5.3.1 系统的奈奎斯特稳定条件

5.3.2 基于对数频率特性图的系统稳定性判据

5.4 系统的相对稳定性

5.5 系统的频域性能指标

5.5.1 开环频率特性与闭环频率特性的关系

5.5.2 频域性能指标

5.5.3 频域性能指标与时域性能指标的关系

5.6 MATLAB在系统频域特性分析中的应用

5.6.1 控制系统的频域特性

5.6.2 频域响应分析的MATLAB实现

习题

第6章 控制系统的设计

6.1 概述

6.2 串联超前校正

6.2.1 超前校正装置

6.2.2 基于根轨迹的超前校正

6.2.3 基于频率响应法的超前校正

6.3 串联滞后校正

6.3.1 滞后校正装置

6.3.2 基于根轨迹法的滞后校正

6.3.3 基于频域分析法的滞后校正

6.4 串联滞后－超前校正

6.4.1 滞后超前校正装置

6.4.2 基于根轨迹法的滞后超前校正

6.4.3 基于频域分析法的滞后超前校正

6.5 PID控制

6.5.1 PID控制方法

6.6 状态反馈与极点配置

6.6.1 状态反馈

6.6.2 极点配置方法

6.7 应用MATLAB进行控制系统设计

习题

第7章 离散控制系统的基础理论

7.1 概述

7.2 信号的采样与复现

7.2.1 信号的采样

7.2.2 信号的复现

7.3 z变换与z反变换

7.4 离散系统的数学模型

7.4.1 差分方程

7.4.2 离散系统的状态空间表达式

7.4.3 脉冲传递函数

7.5 离散系统的时域分析

7.5.1 离散系统的时域性能分析

7.5.2 离散系统的稳定性分析

7.5.3 离散系统的稳态误差

7.6 离散系统的根轨迹分析

7.7 离散系统的频域分析

7.7.1 离散系统的频率特性

7.7.2 离散系统的频率特性分析

7.8 离散控制系统的设计

7.8.1 离散系统的PID控制

7.8.2 最少拍控制系统设计

7.9 离散系统的MATLAB分析与设计

7.9.1 连续系统的离散化

7.9.2 离散系统的数学模型

7.9.3 离散系统的分析

7.9.4 离散控制器的设计

习题

附录A

参考文献

《控制工程基础/全国高等院校仪器仪表及自动化类“十二五”规划教材》主要介绍控制系统分析与设计的基础理论和方法，内容包括系统数学模型、时域分析、根轨迹分析、频域分析，以及控制系统设计与离散控制系统分析与设计。
　　《控制工程基础/全国高等院校仪器仪表及自动化类“十二五”规划教材》的主要特点是淡化经典控制理论与现代控制理论的界限，重点突出基础共性问题，不苛求严格的数学推演，在保持课程内容的系统性和连贯性下，侧重于基本概念、理论和方法的理解与应用，适应传授科学知识和培养创新能力并重的需要。