本書根據普通高等學校的“自動控制原理”教學大綱編寫。共9章，分別是：緒論，控制繫統數學模型與建模方法，控制繫統特性的時域分析法，控制繫統特性的根軌跡分析法，控制繫統特性的頻率域分析法，控制繫統校正與綜合的經典方法，線性離散控制繫統的分析基礎，控制繫統特性的狀態空間分析法，非線性控制繫統的分析基礎。

本書可作為自動化專業的基礎課程教材，也可供高等院校工程類專業師生學習和使用，並可作為研究生和工程技術人員進行專業基礎研究的參考書。

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目 錄 

前言

D1章 緒論

1.1 自動控制繫統的工作機理與研究範圍

1.1.1 自動控制的定義

1.1.2 開環控制與閉環控制

1.2 自動控制繫統分類

1.2.1 按信號傳遞、 處理和描述關繫性質的分類

1.2.2 按繫統數學模型性質的分類

1.2.3 按繫統結構復雜度的分類

1.2.4 按繫統結構、 參數和信號共性的分類

1.3 控制理論與應用研究的主要問題

1.3.1 控制理論研究的典型問題

1.3.2 控制繫統的基本特性

1.3.3 控制繫統的參考信號

1.3.4 瞬態響應的特性指標

1.4 控制理論與應用研究的交叉學科

1.5 習題 

D 2 章 控制繫統數學模型與建模方法

2.1 控制繫統數學模型的定義與類型

2.1.1 數學模型的定義

2.1.2 繫統模型的類型

2.2 數學模型建立的一般步驟

2.3 控制繫統數學模型的後處理技術

2.3.1 微分或差分方程的一般形式

2.3.2 非線性模型的線性化

2.3.3 模型降階 

2.4 控制繫統的傳遞函數模型

2.4.1 傳遞函數的定義

2.4.2 傳遞函數的零J點

2.4.3 傳遞函數與輸入輸出關繫

2.4.4 典型環節及其傳遞函數

2.5 SISO 繫統框圖與傳遞函數

2.5.1 框圖的定義與繪制

2.5.2 框圖的基本聯接形式

2.5.3 框圖結構變換與簡化

2.5.4 控制繫統的信號流圖 

2.5.5 梅森 （Mason） 增益公式

2.6 MIMO 繫統框圖與傳遞函數矩陣

2.6.1 傳遞函數矩陣定義及其輸入輸出關繫

2.6.2 MIMO 繫統的基本聯接形式

2.6.3 廣義信號流圖與 MIMO 繫統簡化

2.6.4 繫統耦合的定義與意義

2.6.5 繫統解耦方法一 ———對角化解耦

2.6.6 繫統解耦方法二 ———對角優勢化解耦

2.7 習題

D 3 章 控制繫統特性的時域分析法 

3.1 時域分析法概述

3.2 繫統對輸入的穩態誤差分析

3.2.1 穩態誤差定義及其指標

3.2.2 繫統按積分環節數分類

3.2.3 穩態誤差的計算方法

3.2.4 各型繫統穩態誤差計算與比較

3.2.5 穩態誤差的物理意義

3.2.6 穩態誤差與零J點的關繫

3.3 繫統對擾動輸入的穩態誤差分析

3.4 繫統特性變化的穩態誤差分析

3.4.1 繫統靜特性變化對輸出響應的影響

3.4.2 一般繫統變化對輸出響應的影響

3.4.3 靈敏度定義與分析

3.5 繫統對輸入激勵的瞬態響應分析

3.5.1 瞬態響應的若干術語

3.5.2 輸入輸出的時域卷積分關繫

3.5.3 典型環節的瞬態響應計算

3.5.4 二階繫統瞬態響應指標計算

3.5.5 高階繫統瞬態分析

3.6 繫統對輸入的動態誤差分析

3.6.1 動態誤差繫數的定義

3.6.2 動態誤差的物理意義

3.7 控制繫統的時間區間誤差性能簡介

3.8 繫統穩定性概念及其代數判據

3.8.1 繫統穩定性的定義及意義

3.8.2 線性定常繫統穩定性與傳遞函數的關繫

3.8.3 線性定常繫統穩定性的代數判據

3.9 繫統傳遞函數的模型降階

3.9.1 模型降階的 Pade 近似法

3.9.2 模型降階的 Routh－Pade 近似法

3.9.3 模型降階的 Routh 直接近似法

3.10 習題 

D 4 章 控制繫統特性的根軌跡分析法

4.1 根軌跡定義及其基本性質

4.1.1 根軌跡的定義

4.1.2 根軌跡的基本性質

4.2 繫統根軌跡的繪制方法一 ———圖解法

4.2.1 圖解法的基本規則

4.2.2 圖解法繪制根軌跡的一般步驟

4.3 繫統根軌跡的繪制方法二 ———解析法

4.3.1 根軌跡方程的 δ－ω 方程轉化

4.3.2 根軌跡方程的曲線解析形式

4.3.3 典型繫統根軌跡的 δ－ω 解析式

4.3.4 解析法中根軌跡開環增益Ｋ的確定

4.3.5 疊加性在高階繫統根軌跡繪制中的應用

4.4 繫統根軌跡的繪制方法三 ———計算機輔助繪制法

4.4.1 直接法一 ———基於根軌跡方程的直接法

4.4.2 直接法二 ———基於解析法的直接法

4.4.3 直接法三 ———基於 Routh 陣列的直接法

4.4.4 間接法———數值積分法

4.5 幾類特殊控制繫統的根軌跡及其繪制

4.5.1 正反饋繫統的根軌跡繪制

4.5.2 多參變量的根軌跡簇

4.5.3 非標準形式參量繫統的根軌跡

4.5.4 含時滯環節繫統的根軌跡

4.5.5 含分布時滯繫統的根軌跡

4.6 習題 

D 5 章 控制繫統特性的頻率域分析法

5.1 頻率域分析法概述

5.2 繫統頻率特性定義及其與傳遞函數的關繫

5.2.1 繫統頻率特性定義

5.2.2 繫統頻率特性與傳遞函數的關繫

5.2.3 繫統的復域、 時域和頻域傳遞關繫

5.2.4 頻率特性與基本特性的分區關繫

5.3 繫統頻率特性分析法一 ———J坐標圖

5.3.1 J坐標圖的定義與繪制

5.3.2 典型環節的J坐標圖

5.3.3 一般繫統的J坐標圖繪制

5.3.4 J坐標圖與Z小相位繫統

5.3.5 J坐標圖與 Nyquist 穩定判據

5.3.6 復放縮 Nyquist 穩定判據

5.3.7 J坐標圖與繫統的穩定裕量

5.3.8 關於J坐標圖的繞向問題

5.3.9 傳遞函數模型降階的頻域方法 

5.3.10 傳遞函數模型辨識的頻域方法

5.3.11 二階繫統頻域性能指標與阻尼繫數的關繫

5.4 繫統頻率特性分析法二 ———對數坐標圖

5.4.1 對數坐標圖的定義與繪制

5.4.2 典型環節頻率特性的對數坐標圖

5.4.3 一般繫統的對數坐標圖繪制

5.4.4 對數坐標圖應用一 ———穩態誤差的讀圖計算

5.4.5 對數坐標圖應用二 ———穩定分析與穩定裕量讀圖計算

5.4.6 對數坐標圖應用三———傳遞函數模型的讀圖辨識與降階

5.4.7 對數坐標圖應用四———瞬態特性的讀圖計算

5.4.8 Z小相位繫統的對數坐標圖性質

5.5 習題

D 6 章 控制繫統校正與綜合的經典方法

6.1 繫統校正與綜合的定義與問題

6.1.1 繫統綜合的定義和主要問題

6.1.2 控制繫統綜合的經典方法

6.2 典型校正裝置及其特性

6.2.1 微分校正裝置

6.2.2 積分校正裝置

6.2.3 積分－微分校正裝置

6.2.4 常見無源校正裝置

6.2.5 常見有源校正裝置

6.3 繫統校正的根軌跡綜合設計法

6.3.1 附加零J點對根軌跡的影響

6.3.2 串聯微分校正裝置的根軌跡設計

6.3.3 串聯積分校正裝置的根軌跡設計

6.3.4 串聯積分－微分校正裝置的根軌跡設計

6.3.5 串聯校正裝置的直接綜合法

6.4 繫統校正的頻域綜合設計法

6.4.1 頻域綜合法的基本步驟

6.4.2 各種時域指標與頻域指標的關繫

6.4.3 串聯校正裝置的對數坐標圖綜合法

6.4.4 並聯校正裝置的對數坐標圖綜合法

6.5 習題 

D 7 章 線性離散控制繫統的分析基礎

7.1 離散控制繫統的研究範圍

7.2 離散控制繫統的基本概念

7.2.1 采樣控制繫統的基本環節與結構

7.2.2 采樣過程及其脈衝序列表現

7.2.3 周期采樣與采樣定理

7.2.4 保持器與模擬信號恢復

7.3 離散信號ｚ－變換及其基本性質

7.3.1 ｚ－變換的定義

7.3.2 ｚ－變換函數的求法

7.3.3 ｚ－變換的基本性質

7.3.4 ｚ－逆變換及其求法

7.4 采樣控制繫統的數學模型

7.4.1 差分方程及其解法

7.4.2 脈衝傳遞函數

7.5 離散控制繫統的穩定性分析

7.5.1 ｓ－平面與 ｚ－平面的映射關繫

7.5.2 離散控制繫統的穩定判據

7.5.3 離散控制繫統穩定性的 Routh 判據

7.5.4 離散控制繫統穩定性的Schur－Cohn 判據

7.5.5 離散控制繫統穩定性的 Ｊury 判據

7.6 離散控制繫統的穩態誤差分析

7.7 離散控制繫統的瞬態特性分析

7.7.1 離散控制繫統J點和瞬態響應的關繫

7.7.2 離散控制繫統瞬態特性的ZDJ點

7.8 離散控制繫統的校正與綜合設計

7.8.1 離散控制繫統校正的概念與方法

7.8.2 校正裝置的設計方法

7.8.3 Z少拍繫統的特性與設計

7.9 離散控制繫統的復域／頻域分析

7.9.1 離散控制繫統分析的根軌跡法

7.9.2 離散控制繫統穩定性的復放縮 Nyquist 判據

7.9.3 離散控制繫統的頻域特性及其性質

7.10 習題

D 8 章 控制繫統特性的狀態空間分析法 

8.1 狀態空間的基本概念與模型建立

8.1.1 狀態空間的基本概念

8.1.2 狀態空間模型的建立

8.1.3 狀態空間模型的主要標準型

8.1.4 幾類特殊繫統的狀態空間模型

8.2 狀態方程組求解與狀態轉移矩陣

8.2.1 線性時不變狀態方程組的解

8.2.2 線性定常繫統狀態轉移矩陣的概念、性質和求取方法

8.2.3 線性定常繫統狀態方程求解與示例

8.3 狀態空間模型與傳遞函數模型的關繫

8.3.1 狀態空間模型與傳遞函數 （或傳遞函數矩陣）

8.3.2 同一傳遞函數的不同狀態空間實現的關繫 

8.4 基於狀態空間模型的穩定性分析

8.4.1 狀態穩定性的幾個數學概念

8.4.2 繫統穩定性判定的 LyapuDv D二法

8.4.3 線性定常狀態空間模型的穩定性

8.5 繫統狀態的能控性和能觀性

8.5.1 能控性的定義與判據

8.5.2 能觀性的定義與判據

8.5.3 能控性與能觀性的對偶性

8.5.4 能控性／能觀性的輻角原理判據

8.6 習題

D 9 章 非線性控制繫統的分析基礎

9.1 非線性繫統概述

9.1.1 非線性及其基本特性

9.1.2 典型非線性環節

9.1.3 非線性繫統的主要特性

9.1.4 非線性繫統的建模方法

9.2 非線性繫統的時域分析法———相平面法

9.2.1 相平面的定義與基本概念

9.2.2 相平面圖的繪制

9.2.3 二階線性定常繫統的相平面分析

9.2.4 二階非線性繫統的相平面分析

9.3 非線性繫統的頻域分析法———描述函數法

9.3.1 描述函數的定義與基本性質

9.3.2 非線性環節描述函數的計算

9.3.3 基於描述函數法的非線性繫統穩定分析

9.4 Luré 非線性繫統與JD穩定性分析

9.4.1 Luré 非線性繫統描述和基本概念

9.4.2 Luré 非線性繫統的經典圓盤穩定判據

9.4.3 基於復放縮 Nyquist 軌跡的圓盤穩定判據

9.5 習題

附錄 常用函數的Laplace 變換／ｚ－變換對照表 

參考文獻