简介
内容简介
本书主要针对连续系统，同时兼顾离散和采样系统，介绍了控制系统的数学模型、时域分析、频域分
析、综合和设计以及采样控制系统理论等内容。在介绍上述内容时，侧重于物理概念的阐述以及理论和
方法的具体应用。本书将经典控制理论和现代控制理论的内容互相结合，溶为一体，用较少的篇幅介绍
了系统与控制理论中最基本和核心的内容。
为便于巩固所学内容及自学的需要，本书每章后面均附有习题。同时书后附有部分习题的答案及实
验指导。
本书可作为计算机系、自动化系、电子系、电机系、机械系等有关专业大学本科生的教材，也可供有
关教师和科研人员学习参考。
目录
前言.
第一章 绪论1
1.1系统1
1什么是系统1
2系统的分类2
1.2控制系统3
1基本概念4
2开环控制4
3闭环控制6
4复合控制8
1.3系统分析与控制9
习题10
第二章 控制系统的数学模型12
2.1概述12
1什么是数学模型12
2怎样建立数学模型12
2.2微分方程13
2.3传递函数14
2.4状态方程17
2.5传递函数与状态方程的转换19
1状态方程到传递函数的转换20
2传递函数到状态方程的转换21
2.6结构图26
1结构图表示26
2结构图的等效变换及化简27
3梅逊公式32
2.7脉冲响应和阶跃响应36
1单位脉冲响应36
2单位阶跃响应37
2.8频率特性38
2.9非线性模型的线性化39
2.10系统建模举例42
1机械转动系统42
2直流电动机44
3直流电机控制系统47
4温度控制系统49
习题49
第三章 控制系统的时域分析61
3.1基于微分方程和传递函数求解时间响应61
1典型输入函数61
2基于高阶微分方程求解时间响应62
3基于传递函数求解时间响应65
3.2基于状态方程求解时间响应66
1状态方程的求解67
2矩阵指数71
3.3稳定性72
1线性定常系统的稳定性条件72
2劳斯判据73
3.4能控性和能观性76
1基本概念76
2能控性和能观性判据77
3.5稳态性能80
1基本概念80
2阶跃输入时的稳态误差83
3斜坡输入时的稳态误差84
4抛物线输入时的稳态误差85
3.6动态性能指标87
1阶跃响应指标87
2积分型指标88
3.7低阶系统动态性能89
1一阶系统89
2二阶系统90
3.8高阶系统动态性能94
1高阶系统的近似简化94
2附加零极点的影响96
3.9根轨迹简介98
1问题描述98
2根轨迹的绘制99
3根轨迹的主要应用101
习题103
第四章 控制系统的频域分析111
4.1概述111
1频域分析法的特点111
2频率特性与时域响应的关系112
4.2频率特性图115
1极坐标图116
2对数频率特性图117
4.3基本环节的Bode图120
1比例环节120
2积分环节121
3纯微分环节121
4一阶惯性环节121
5一阶微分环节122
6二阶振荡环节122
7二阶微分环节124
8非最小相位环节124
4.4复杂传递函数的Bode图125
4.5Nyquist稳定判据129
1幅角原理129
2基于极坐标图的Nyquist判据131
3基于Bode图的Nyquist判据136
4.6稳定裕量..141
1相位裕量141
2增益裕量142
4.7闭环与开环频率特性的关系143
4.8性能指标145
1稳态性能指标145
2时域动态指标145
3闭环频域动态指标146
4开环频域动态指标146
5抗干扰性能147
6控制作用148
7鲁棒性148
4.9根据开环频率特性分析系统性能149
1开环对数频率特性与稳态性能149
2开环模型与动态性能150
3几个近似关系155
4根据开环Bode图分析系统时域动态性能158
习题161
第五章 控制系统的设计170
5.1概述170
1控制器的设计方法170
2控制器的结构171
5.2期望开环频率特性172
1典型的期望开环特性172
2稳态性能与低频段173
3动态性能与中频段173
5.3常用串联校正传递函数181
1超前校正181
2滞后校正184
3超前滞后校正185
5.4串联校正设计举例187
1综合法设计188
2分析法设计191
5.5并联校正191
1并联校正的等效关系191
2速度反馈193
3速度微分反馈194
4并联校正设计举例196
5串联校正与并联校正的比较198
6两种校正方法的综合应用及校正装置的局限性198
5.6标准传递函数法199
1ITAE准则200
2按巴特渥斯滤波器确定标准传递函数201
3标准传递函数法综合串联校正装置举例203
5.7抗干扰性能的考虑204
5.8复合控制205
1跟踪输入的复合控制206
2抗干扰的复合控制207
5.9极点配置设计法209
1按极点配置设计控制规律209
2按极点配置设计观测器212
3分离性原理215
4跟踪系统设计218
习题221
第六章 采样控制系统理论225
6.1概述225
6.2采样控制系统的数学描述226
1差分方程226
2离散状态方程226
3z变换及其性质228
4离散传递函数231
5结构图236
6.3采样控制系统分析238
1计算时间响应238
2稳定性239
3能控性和能观性241
4稳态性能241
5动态性能244
6.4采样控制系统的设计251
1连续系统等效设计法251
2直接离散化设计法255
3极点配置设计法258
习题270
主要参考文献271
附录一拉普拉斯变换表272
附录二部分习题参考答案274
附录三《系统分析与控制》课实验指导279
实验一连续系统的时域分析279
实验一的程序使用说明282
实验二开环频率特性与系统性能的关系285
实验三控制系统设计的模拟研究289
实验四采样控制系统的分析和设计292
实验四的程序使用说明295
KJ92型自动控制系统模拟机简介...298
第一章 绪论1
1.1系统1
1什么是系统1
2系统的分类2
1.2控制系统3
1基本概念4
2开环控制4
3闭环控制6
4复合控制8
1.3系统分析与控制9
习题10
第二章 控制系统的数学模型12
2.1概述12
1什么是数学模型12
2怎样建立数学模型12
2.2微分方程13
2.3传递函数14
2.4状态方程17
2.5传递函数与状态方程的转换19
1状态方程到传递函数的转换20
2传递函数到状态方程的转换21
2.6结构图26
1结构图表示26
2结构图的等效变换及化简27
3梅逊公式32
2.7脉冲响应和阶跃响应36
1单位脉冲响应36
2单位阶跃响应37
2.8频率特性38
2.9非线性模型的线性化39
2.10系统建模举例42
1机械转动系统42
2直流电动机44
3直流电机控制系统47
4温度控制系统49
习题49
第三章 控制系统的时域分析61
3.1基于微分方程和传递函数求解时间响应61
1典型输入函数61
2基于高阶微分方程求解时间响应62
3基于传递函数求解时间响应65
3.2基于状态方程求解时间响应66
1状态方程的求解67
2矩阵指数71
3.3稳定性72
1线性定常系统的稳定性条件72
2劳斯判据73
3.4能控性和能观性76
1基本概念76
2能控性和能观性判据77
3.5稳态性能80
1基本概念80
2阶跃输入时的稳态误差83
3斜坡输入时的稳态误差84
4抛物线输入时的稳态误差85
3.6动态性能指标87
1阶跃响应指标87
2积分型指标88
3.7低阶系统动态性能89
1一阶系统89
2二阶系统90
3.8高阶系统动态性能94
1高阶系统的近似简化94
2附加零极点的影响96
3.9根轨迹简介98
1问题描述98
2根轨迹的绘制99
3根轨迹的主要应用101
习题103
第四章 控制系统的频域分析111
4.1概述111
1频域分析法的特点111
2频率特性与时域响应的关系112
4.2频率特性图115
1极坐标图116
2对数频率特性图117
4.3基本环节的Bode图120
1比例环节120
2积分环节121
3纯微分环节121
4一阶惯性环节121
5一阶微分环节122
6二阶振荡环节122
7二阶微分环节124
8非最小相位环节124
4.4复杂传递函数的Bode图125
4.5Nyquist稳定判据129
1幅角原理129
2基于极坐标图的Nyquist判据131
3基于Bode图的Nyquist判据136
4.6稳定裕量..141
1相位裕量141
2增益裕量142
4.7闭环与开环频率特性的关系143
4.8性能指标145
1稳态性能指标145
2时域动态指标145
3闭环频域动态指标146
4开环频域动态指标146
5抗干扰性能147
6控制作用148
7鲁棒性148
4.9根据开环频率特性分析系统性能149
1开环对数频率特性与稳态性能149
2开环模型与动态性能150
3几个近似关系155
4根据开环Bode图分析系统时域动态性能158
习题161
第五章 控制系统的设计170
5.1概述170
1控制器的设计方法170
2控制器的结构171
5.2期望开环频率特性172
1典型的期望开环特性172
2稳态性能与低频段173
3动态性能与中频段173
5.3常用串联校正传递函数181
1超前校正181
2滞后校正184
3超前滞后校正185
5.4串联校正设计举例187
1综合法设计188
2分析法设计191
5.5并联校正191
1并联校正的等效关系191
2速度反馈193
3速度微分反馈194
4并联校正设计举例196
5串联校正与并联校正的比较198
6两种校正方法的综合应用及校正装置的局限性198
5.6标准传递函数法199
1ITAE准则200
2按巴特渥斯滤波器确定标准传递函数201
3标准传递函数法综合串联校正装置举例203
5.7抗干扰性能的考虑204
5.8复合控制205
1跟踪输入的复合控制206
2抗干扰的复合控制207
5.9极点配置设计法209
1按极点配置设计控制规律209
2按极点配置设计观测器212
3分离性原理215
4跟踪系统设计218
习题221
第六章 采样控制系统理论225
6.1概述225
6.2采样控制系统的数学描述226
1差分方程226
2离散状态方程226
3z变换及其性质228
4离散传递函数231
5结构图236
6.3采样控制系统分析238
1计算时间响应238
2稳定性239
3能控性和能观性241
4稳态性能241
5动态性能244
6.4采样控制系统的设计251
1连续系统等效设计法251
2直接离散化设计法255
3极点配置设计法258
习题270
主要参考文献271
附录一拉普拉斯变换表272
附录二部分习题参考答案274
附录三《系统分析与控制》课实验指导279
实验一连续系统的时域分析279
实验一的程序使用说明282
实验二开环频率特性与系统性能的关系285
实验三控制系统设计的模拟研究289
实验四采样控制系统的分析和设计292
实验四的程序使用说明295
KJ92型自动控制系统模拟机简介...298
系统分析与控制
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