自動控制原理（第4版）

該書全面地闡述經典控制理論的基本概念、原理和自動控制系統的各種分析方法。主要內容包括：控制系統的數學模型、線性控制系統的時域響應分析法、線性控制系統的根軌跡分析法、線性控制系統的頻域分析法、線性控制系統的校正方法；非線性控制系統的分析、線性離散控制系統的分析與設計。該書取材先進實用，講解深入淺出，各章選例和習題豐富，且均有用MATLAB/Simulink編寫的模擬及解題實例，便於讀者自學。 本次修訂，主要根據立體化教材建設的思路和新形態圖書建設的要求，不僅在教材的各個章節中增加了微課視頻資料，而且在書外也提供了配套的教學網站。另外在書中也修改、增加/完善和調整了個別章節的內容，並對第1~5章和第7章中的圖進行了規範，修訂了錯誤。使修訂後的書，在基本概念部分更為準確、合理和邏輯；在例題部分更為完善，做到每個重要概念後面都有例題與之對應，使學生便於自學。使修訂後書內容新穎，實用性強，理論與應用密切結合。

第1章 緒論 （1）
1.1 自動控制的定義 （1）
1.2 自動控制系統的組成 （4）
1.3 自動控制系統的基本控制方式 （5）
1.4 自動控制系統的分類 （6）
1.5 自動控制系統的基本要求 （8）
1.6 自動控制理論的產生和發展 （10）
小結 （15）
習題 （15）
第2章 控制系統的數學模型 （17）
2.1 微分方程 （17）
2.1.1 微分方程的建立 （18）
2.1.2 微分方程的增量表示 （23）
2.1.3 非線性微分方程的線性化 （24）
2.2 傳遞函數 （26）
2.2.1 傳遞函數的定義 （26）
2.2.2 傳遞函數的常用形式 （29）
2.2.3 傳遞函數的特點 （30）
2.2.4 典型環節的傳遞函數 （31）
2.3 結構圖 （35）
2.3.1 結構圖的概念 （35）
2.3.2 結構圖的簡化 （36）
2.4 信號流圖 （43）
2.4.1 信號流圖的概念 （44）
2.4.2 信號流圖的繪制 （45）
2.4.3 信號流圖的簡化 （46）
2.4.4 梅遜增益公式 （47）
2.5 利用MATLAB描述和求解系統數學模型 （49）
2.5.1 利用MATLAB描述系統數學模型 （49）
2.5.2 利用MATLAB實現數學模型間的轉換 （50）
2.5.3 利用MATLAB化簡系統數學模型 （51）
小結 （52）
習題 （53）
第3章 線性控制系統的時域分析法 （55）
3.1 時域分析的基礎知識 （55）
3.1.1 典型輸入信號 （55）
3.1.2 系統時域響應的形式 （57）
3.1.3 系統時域響應的性能指標 （58）
3.2 系統的穩定性 （60）
3.2.1 穩定性的基本概念 （60）
3.2.2 線性控制系統穩定的條件 （61）
3.2.3 代數穩定判據 （63）
3.2.4 系統參數對穩定性的影響 （66）
3.2.5 相對穩定性和穩定裕量 （67）
3.3 系統的時域響應 （67）
3.3.1 一階系統的時域響應 （67）
3.3.2 二階系統的時域響應 （69）
3.3.3 高階系統的時域響應 （77）
3.4 系統的穩態誤差 （80）
3.4.1 穩態誤差的定義 （80）
3.4.2 靜態誤差系數法 （81）
3.4.3 動態誤差系數法 （83）
3.4.4 給定信號和擾動信號同時作用下的穩態誤差 （85）
3.5 基於MATLAB的控制系統時域分析 （87）
3.5.1 利用MATLAB分析系統的穩定性 （87）
3.5.2 利用MATLAB分析系統的動態特性 （87）
3.5.3 利用MATLAB計算系統的穩態誤差 （90）
小結 （91）
習題 （92）
第4章 線性控制系統的根軌跡分析法 （95）
4.1 根軌跡分析的基礎知識 （95）
4.1.1 根軌跡的基本概念 （95）
4.1.2 根軌跡的基本條件 （97）
4.2 繪制根軌跡的基本規則 （98）
4.2.1 負反饋系統的根軌跡 （98）
4.2.2 正反饋系統的根軌跡 （108）
4.2.3 180°等相角根軌跡和0°等相角根軌跡 （110）
4.3 參數根軌跡的繪制 （111）
4.3.1 單參數根軌跡 （111）
4.3.2 多參數根軌跡 （113）
4.4 純遲延根軌跡的繪制 （114）
4.5 利用根軌跡分析控制系統 （117）
4.5.1 利用根軌跡定性分析 （118）
4.5.2 利用根軌跡定量分析 （119）
4.6 利用MATLAB進行根軌跡分析 （122）
4.6.1 繪制系統根軌跡和獲得根軌跡增益 （122）
4.6.2 繪制阻尼系數和自然頻率的柵格線 （124）
小結 （125）
習題 （125）
第5章 線性控制系統的頻域分析法 （129）
5.1 頻域分析的基礎知識 （129）
5.1.1 頻率特性的基本概念 （129）
5.1.2 頻率特性的表示方法 （131）
5.2 典型環節的頻率特性 （133）
5.2.1 比例環節 （133）
5.2.2 積分環節 （134）
5.2.3 微分環節 （134）
5.2.4 一階慣性環節 （135）
5.2.5 一階比例微分環節 （137）
5.2.6 二階振盪環節 （137）
5.2.7 純滯後環節 （139）
5.3 系統的開環頻率特性 （140）
5.3.1 開環頻率特性的3種圖示法 （140）
5.3.2 最小相位系統的開環頻率特性 （147）
5.3.3 奈奎斯特穩定判據 （150）
5.3.4 控制系統的穩定裕量 （159）
5.4 系統的閉環頻率特性 （162）
5.4.1 等M圓（等幅值軌跡）和等N圓（等相角軌跡） （162）
5.4.2 利用等M圓和等N圓求系統的閉環頻率特性 （164）
5.4.3 利用尼科爾斯（Nichols圖）求系統的閉環頻率特性 （166）
5.5 利用頻率特性對系統進行分析 （167）
5.5.1 系統頻域特性與穩態性能的關系 （167）
5.5.2 系統頻域特性與時域性能的關系 （168）
5.6 基於MATLAB的控制系統頻域分析 （171）
5.6.1 利用MATLAB繪制佰德圖（Bode圖） （171）
5.6.2 利用MATLAB繪制奈奎斯特圖（Nyquist圖） （172）
5.6.3 利用MATLAB繪制尼科爾斯圖（Nichols圖） （173）
5.6.4 利用MATLAB計算系統的相角裕量和幅值裕量 （173）
5.6.5 利用MATLAB繪制系統的閉環頻率特性曲線 （174）
小結 （175）
習題 （176）
第6章 線性控制系統的校正方法 （180）
6.1 線性控制系統的基礎知識 （180）
6.1.1 性能指標 （180）
6.1.2 校正方式 （181）
6.2 串聯校正 （182）
6.2.1 串聯校正裝置及其特性 （182）
6.2.2 頻率法串聯校正 （188）
6.2.3 根軌跡法串聯校正 （197）
6.3 反饋校正 （207）
6.3.1 反饋校正的原理 （207）
6.3.2 反饋校正的設計 （208）
6.4 復合校正 （209）
6.4.1 按輸入補償的復合校正 （209）
6.4.2 按擾動補償的復合校正 （211）
6.5 基於MATLAB的控制系統校正 （212）
6.5.1 利用MATLAB實現頻率法的串聯校正 （212）
6.5.2 利用MATLAB實現根軌跡法的串聯校正 （216）
小結 （220）
習題 （221）
第7章 非線性控制系統的分析 （224）
7.1 非線性控制系統的基礎知識 （224）
7.1.1 非線性系統的特點 （224）
7.1.2 常見的非線性特性 （226）
7.1.3 非線性系統的分析方法 （228）
7.2 相平面分析法 （228）
7.2.1 相平面概述 （228）
7.2.2 相軌跡圖的繪制 （234）
7.2.3 由相軌跡圖求系統的暫態響應 （238）
7.2.4 控制系統的相平面分析 （239）
7.3 描述函數分析法 （245）
7.3.1 描述函數概述 （246）
7.3.2 典型非線性環節的描述函數 （247）
7.3.3 非線性系統的描述函數法分析 （250）
7.3.4 非線性系統的簡化 （256）
7.4 基於MATLAB的非線性系統分析 （257）
7.4.1 利用MATLAB求解非線性系統的線性化模型 （257）
7.4.2 基於MATLAB的相平面法分析非線性系統 （259）
7.4.3 基於MATLAB的描述函數法分析非線性系統 （262）
小結 （263）
習題 （264）
第8章 線性離散控制系統的分析與設計 （267）
8.1 線性離散控制系統的基礎知識 （267）
8.1.1 信號的採樣 （268）
8.1.2 信號的保持 （271）
8.2 z變換及其反變換 （273）
8.2.1 z變換定義 （273）
8.2.2 z變換方法 （274）
8.2.3 z變換的基本定理 （275）
8.2.4 z反變換 （278）
8.3 離散控制系統的數學模型 （279）
8.3.1 差分方程 （279）
8.3.2 脈沖傳遞函數 （281）
8.4 離散控制系統的穩定性分析 （286）
8.4.1 離散控制系統穩定的條件 （286）
8.4.2 代數穩定判據 （287）
8.5 離散控制系統的動態性能 （289）
8.5.1 離散系統的輸出響應 （289）
8.5.2 閉環零點、極點分佈對瞬態響應的影響 （290）
8.5.3 離散系統的根軌跡分析 （293）
8.6 離散控制系統的穩態誤差 （294）
8.6.1 典型輸入信號下的穩態誤差 （294）
8.6.2 擾動信號作用下的穩態誤差 （296）
8.7 離散控制系統的校正 （296）
8.7.1 採用伯德圖（Bode圖）的校正方法 （297）
8.7.2 最少拍控制系統的校正 （298）
8.8 基於MATLAB的離散控制系統分析 （300）
8.8.1 利用MATLAB實現z變換 （300）
8.8.2 利用MATLAB實現連續系統的離散化 （301）
8.8.3 利用MATLAB分析離散控制系統的穩定性 （301）
8.8.4 利用MATLAB計算離散系統的穩態誤差 （302）
8.8.5 利用MATLAB分析離散系統的動態特性 （302）
小結 （304）
習題 （304）
附錄A 拉普拉斯變換 （306）
附錄B 習題參考答案 （311）
附錄C 對數坐標紙 （318）
參考文獻 （319）