●第1章控制繫統簡介
1.1引言
1.1.1控制理論和實踐發展史的簡單回顧
1.1.2定義
1.2控制繫統舉例
1.2.1速度控制繫統
1.2.2溫度控制繫統
1.2.3業務繫統
1.2.4魯棒控制繫統
1.3閉環控制和開環控制
1.3.1反饋控制繫統
1.3.2閉環控制繫統
1.3.3開環控制繫統
1.3.4閉環與開環控制繫統的比較
1.4控制繫統的設計和校正
1.4.1性能指標
1.4.2繫統的校正
1.4.3設計步驟
1.5本書概況
第2章控制繫統的數學模型
2.1引言
2.1.1數學模型
2.1.2簡化性和準確性
2.1.3線性繫統
2.1.4線性定常繫統和線性時變繫統
2.2傳遞函數和脈衝響應函數
2.2.1傳遞函數
2.2.2傳遞函數的說明
2.2.3卷積積分
2.2.4脈衝響應函數
2.3自動控制繫統
2.3.1方框圖
2.3.2閉環繫統的方框圖
2.3.3開環傳遞函數和前向傳遞函數
2.3.4閉環傳遞函數
2.3.5用MATLAB求串聯、並聯和反饋（閉環）傳遞函數
2.3.6自動控制器
2.3.7工業控制器分類
2.3.8雙位或開-關控制作用
2.3.9比例控制作用
2.3.10積分控制作用
2.3.11比例-加-積分控制作用
2.3.12比例-加-微分控制作用
2.3.13比例-加-積分-加-微分控制作用
2.3.14擾動作用下的閉環繫統
2.3.15畫方框圖的步驟
2.3.16方框圖的簡化
2.4狀態空間模型
2.4.1現代控制理論
2.4.2現代控制理論與傳統控制理論的比較
2.4.3狀態
2.4.4狀態變量
2.4.5狀態向量
2.4.6狀態空間
2.4.7狀態空間方程
2.4.8傳遞函數與狀態空間方程之間的關繫
2.4.9傳遞矩陣
2.5純量微分方程繫統的狀態空間表達式
2.5.1線性微分方程作用函數中不包含導數項的n階繫統的狀態空間表達式
2.5.2線性微分方程作用函數中包含導數項的n階繫統的狀態空間表達式
2.6用MATLAB進行數學模型變換
2.6.1由傳遞函數變換為狀態空間表達式
2.6.2由狀態空間表達式變換為傳遞函數
2.7非線性數學模型的線性化
2.7.1非線性繫統
2.7.2非線性繫統的線性化
2.7.3非線性數學模型的線性近似
例題和解答
習題
第3章機械繫統和電繫統的數學模型
3.1引言
3.2機械繫統的數學模型
3.3電繫統的數學模型
3.3.1LRC電路
3.3.件的傳遞函數
3.3.3復阻抗
3.3.4無負載效件的傳遞函數
3.3.5電子控制器
3.3.6運算放大器
3.3.7反相放大器
3.3.8非反相放大器
3.3.9求傳遞函數的阻抗法
3.3.10利用運算放大器構成的超前或滯後網絡
3.3.11利用運算放大器構成的PID控制器
例題和解答
習題
第4章流體繫統和熱力繫統的數學模型
4.1引言
4.2液位繫統
4.2.1液位繫統的液阻和液容
4.2.2液位繫統
4.2.3相互有影響的液位繫統
4.3氣動繫統
4.3.1氣動繫統和液壓繫統之間的比較
4.3.2氣動繫統
4.3.3壓力繫統的氣阻和氣容
4.3.4壓力繫統
4.3.5氣動噴嘴-擋板放大器
4.3.6氣動接續器
4.3.7氣動比例控制器（力-距離型）
4.3.8氣動比例控制器（力-平衡型）
4.3.9氣動執行閥
4.3.10獲得微分控制作用的基本原理
4.3.11獲得氣動比例-加-積分控制作用的方法
4.3.12獲得氣動比例-加-積分-加-微分控制作用的方法
4.4液壓繫統
4.4.1液壓繫統
4.4.2液壓繫統的優缺點
4.4.3說明
4.4.4液壓伺服繫統
4.4.5液壓積分控制器
4.4.6液壓比例控制器
4.4.7緩衝器
4.4.8獲得液壓比例-加-積分控制作用的方法
4.4.9獲得液壓比例-加-微分控制作用的方法
4.4.10獲取液壓比例-加-積分-加-微分控制作用的方法
4.5熱力繫統
4.5.1熱阻和熱容
4.5.2熱力繫統
例題和解答
習題
第5章瞬態響應和穩態響應分析
5.1引言
5.1.1典型試驗信號
5.1.2瞬態響應和穩態響應
5.1.3絕對穩定性、相對穩定性和穩態誤差
5.2一階繫統
5.2.1一階繫統的單位階躍響應
5.2.2一階繫統的單位斜坡響應
5.2.3一階繫統的單位脈衝響應
5.2.4線性定常繫統的重要特性
5.3二階繫統
5.3.1伺服繫統
5.3.2二階繫統的階躍響應
5.3.3瞬態響應指標的定義
5.3.4關於瞬態響應指標的幾點說明
5.3.5二階繫統及其瞬態響應指標
5.3.6帶速度反饋的伺服繫統
5.3.7二階繫統的脈衝響應
5.4高階繫統
5.4.1高階繫統的瞬態響應
5.4.2閉環主導極點
5.4.3復平面上的穩定性分析
5.5用MATLAB進行瞬態響應分析
5.5.1引言
5.5.2線性繫統的MATLAB表示
5.5.3在圖形屏幕上書寫文本
5.5.4標準二階繫統的MATLAB描述
5.5.5求傳遞函數繫統的單位階躍響應
5.5.6用MATLAB繪制單位階躍響應曲線的三維圖
5.5.7用MATLAB求上升時間、峰值時間、優選過調量和調整時間
5.5.8脈衝響應
5.5.9求脈衝響應的另一種方法
5.5.10斜坡響應
5.5.11在狀態空間中定義的繫統的單位斜坡響應
5.5.12求對任意輸入信號的響應
5.5.13對初始條件的響應
5.5.14對初始條件的響應（狀態空間法，情況1）
5.5.15對初始條件的響應（狀態空間法，情況2）
5.5.16利用命令Initial求對初始條件的響應
5.6勞斯穩定判據
5.6.1勞斯穩定判據簡介
5.6.2特殊情況
5.6.3相對穩定性分析
5.6.4勞斯穩定判據在控制繫統分析中的應用
5.7積分和微分控制作用對繫統性能的影響
5.7.1積分控制作用
5.7.2繫統的比例控制
5.7.3繫統的積分控制
5.7.4對轉矩擾動的響應（比例控制）
5.7.5對轉矩擾動的響應（比例-加-積分控制）
5.7.6微分控制作用
5.7.7帶慣性負載繫統的比例控制
5.7.8帶慣性負載繫統的比例-加-微分控制
5.7.9二階繫統的比例-加-微分控制
5.8單位反饋控制繫統中的穩態誤差
5.8.1控制繫統的分類
5.8.2穩態誤差
5.8.3靜態位置誤差常數Kp
5.8.4靜態速度誤差常數Kv
5.8.5靜態加速度誤差常數Ka
5.8.6小結
例題和解答
習題
第6章利用根軌跡法進行控制繫統的分析和設計
6.1引言
6.2根軌跡圖
6.2.1輻角和幅值條件
6.2.2示例
6.2.3根軌跡繪圖的一般規則
6.2.4關於根軌跡圖的說明
6.2.5G（s）的極點與H（s）的零點的抵消
6.2.6典型的零-極點分布及其相應的根軌跡
6.2.7小結
6.3用MATLAB繪制根軌跡圖
6.3.1用MATLAB繪制根軌跡圖
6.3.2定常ζ軌跡和定常ωn軌跡
6.3.3在根軌跡圖上繪制極網格
6.3.4條件穩定繫統
6.3.5非最小相位繫統
6.3.6根軌跡與定常增益軌跡的正交性
6.3.7求根軌跡上任意點的增益K值
6.4正反饋繫統的根軌跡圖
6.5控制繫統設計的根軌跡法
6.5.1初步設計考慮
6.5.2用根軌跡法進行設計
6．5．3串聯校正和並聯（或反饋）校正
6．5．4常用校正裝置
6.5.5增加極點的影響
6.5.6增加零點的影響
6.6超前校正
6.6.1超前校正裝置和滯後校正裝置
6.6.2基於根軌跡法的超前校正方法
6.6.3已校正與未校正繫統階躍響應和斜坡響應的比較
6.7滯後校正
6.7.1采用運算放大器的電子滯後校正裝置
6.7.2基於根軌跡法的滯後校正方法
6.7.3用根軌跡法進行滯後校正設計的步驟
6.8滯後-超前校正
6．8．1利用運算放大器構成的電子滯後-超前校正裝置
6.8.2基於根軌跡法的滯後-超前校正方法
6.9並聯校正
6.9.1並聯校正繫統設計的基本原理
6.9.2速度反饋繫統
例題和解答
習題
第7章用頻率響應法分析和設計控制繫統
7.1引言
7.1.1求繫統對正弦輸入信號的穩態輸出
7.1.2用圖形表示頻率響應特性
7.2伯德圖
7.2.1伯德圖或對數坐標圖
7.2.2G（jω）H（jω）的基本因子
7.2.3增益K
7.2.4積分和微分因子（jω）±1
7.2.5一階因子（1jωT）±1
7.2.6二階因子［12ζ（jω/ωn）（jω/ωn）2］±1
7.2.7諧振頻率ωr和諧振峰值Mr
7.2.8繪制伯德圖的一般步驟
7.2.9最小相位繫統和非最小相位繫統
7.2.10傳遞延遲
7.2.11繫統類型與對數幅值曲線之間的關繫
7.2.12靜態位置誤差常數的確定
7.2.13靜態速度誤差常數的確定
7.2.14靜態加速度誤差常數的確定
7.2.15用MATLAB繪制伯德圖
7.2.16繪制定義在狀態空間中的繫統的伯德圖
7.3極坐標圖
7.3.1積分和微分因子（jω）±1
7.3.2一階因子（1jωT）±1
7.3.3二階因子［12ζ（jω/ωn）（jω/ωn）2］±1
7.3.4極坐標圖的一般形狀
7.3.5用MATLAB繪制奈奎斯特圖
7.3.6注意事項
7.3.7繪制定義在狀態空間中的繫統的奈奎斯特圖
7.4對數幅-相圖
7.5奈奎斯特穩定判據
7.5.1預備知識
7.5.2映射定理
7.5.3映射定理在閉環繫統穩定性分析中的應用
7.5.4奈奎斯特穩定判據
7.5.5關於奈奎斯特穩定判據的幾點說明
7.5.6G（s）H（s）含有位於jω軸上的極點和（或）零點的特殊情況
7.6穩定性分析
7.6.1條件穩定繫統
7.6.2多回路繫統
7.6.3應用於逆極坐標圖上的奈奎斯特穩定判據
7.7相對穩定性分析
7.7.1相對穩定性
7.7.2通過保角變換進行相對穩定性分析
7.7.3相位裕量和增益裕量
7.7.4關於相位裕量和增益裕量的幾點說明
7.7.5用MATLAB求增益裕量、相位裕量、相位交界頻率和增益交界頻率
7.7.6諧振峰值幅值Mr和諧振峰值頻率ωr
……
第8章PID控制器和變形PID控制器
第9章控制繫統的狀態空間分析
第10章控制繫統的狀態空間設計
附錄A拉普拉斯變換表
附錄B部分分式展開
附錄C向量矩陣代數
參考文獻

本書為自動控制繫統的經典教材，詳細介紹了連續控制繫統（包括電氣繫統、機械繫統、流體動力繫統和熱力繫統）的數學模型建模方法，動態繫統的瞬態和穩態分析方法，根軌跡分析和設計方法，頻率域的分析和設計方法，以及PID控制器和變形PID控制器的設計方法；同時還比較詳細地介紹了現代控制理論中的核心內容，即狀態空間分析和設計方法。最後還簡要地介紹了20世紀80~90年代發展起來的稱為"後現代控制理論”的魯棒控制繫統。全書自始至終貫穿了用MATLAB工具分析和設計各類控制繫統問題。

(美)尾形克彥(Katsuhiko Ogata) 著;盧伯英,佟明安 譯 著