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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，控制系統數學模型與建模方法，控制系統特性的時域分析法，控制系統特性的根軌跡分析法，控制系統特性的頻率域分析法，控制系統校正與綜合的經典方法，線性離散控制系統的分析基礎，控制系統特性的狀態空間分析法，非線性控制系統的分析基礎。
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。
前言
第1章 緒論
1.1 自動控制系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 自動控制系統分類
1.2.1 按信號傳遞、 處理和描述關係性質的分類
1.2.2 按系統數學模型性質的分類
1.2.3 按系統結構複雜度的分類
1.2.4 按系統結構、 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 控制系統的基本特性
1.3.3 控制系統的參考信號
1.3.4 瞬態回應的特性指標
1.4 控制理論與應用研究的交叉學科
1.5 習題
第 2 章 控制系統數學模型與建模方法
2.1 控制系統數學模型的定義與類型
2.1.1 數學模型的定義
2.1.2 系統模型的類型
2.2 數學模型建立的一般步驟
2.3 控制系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 控制系統的傳遞函數模型
2.4.1 傳遞函數的定義
2.4.2 傳遞函數的零極點
2.4.3 傳遞函數與輸入輸出關係
2.4.4 典型環節及其傳遞函數
2.5 SISO 系統框圖與傳遞函數
2.5.1 框圖的定義與繪製
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 控制系統的信號流圖
2.5.5 梅森 （Mason） 增益公式
2.6 MIMO 系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係
2.6.2 MIMO 系統的基本聯接形式
2.6.3 廣義信號流圖與 MIMO 系統簡化
2.6.4 系統耦合的定義與意義
2.6.5 系統解耦方法一 ———對角化解耦
2.6.6 系統解耦方法二 ———對角優勢化解耦
2.7 習題
第 3 章 控制系統特性的時域分析法
3.1 時域分析法概述
3.2 系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 系統按積分環節數分類
3.2.3 穩態誤差的計算方法
3.2.4 各型系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 穩態誤差與零極點的關係
3.3 系統對擾動輸入的穩態誤差分析
3.4 系統特性變化的穩態誤差分析
3.4.1 系統靜特性變化對輸出回應的影響
3.4.2 一般系統變化對輸出回應的影響
3.4.3 靈敏度定義與分析
3.5 系統對輸入激勵的瞬態響應分析
3.5.1 瞬態回應的若干術語
3.5.2 輸入輸出的時域卷積分關係
3.5.3 典型環節的瞬態回應計算
3.5.4 二階系統瞬態回應指標計算
3.5.5 高階系統瞬態分析
3.6 系統對輸入的動態誤差分析
3.6.1 動態誤差係數的定義
3.6.2 動態誤差的物理意義
3.7 控制系統的時間區間誤差性能簡介
3.8 系統穩定性概念及其代數判據
3.8.1 系統穩定性的定義及意義
3.8.2 線性定常系統穩定性與傳遞函數的關係
3.8.3 線性定常系統穩定性的代數判據
3.9 系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
第 4 章 控制系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 系統根軌跡的繪製方法一 ———圖解法
4.2.1 圖解法的基本規則
4.2.2 圖解法繪製根軌跡的一般步驟
4.3 系統根軌跡的繪製方法二 ———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 典型系統根軌跡的 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 疊加性在高階系統根軌跡繪製中的應用
4.4 系統根軌跡的繪製方法三 ———電腦輔助繪製法
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 幾類特殊控制系統的根軌跡及其繪製
4.5.1 正回饋系統的根軌跡繪製
4.5.2 多參變數的根軌跡簇
4.5.3 非標準形式參量系統的根軌跡
4.5.4 含時滯環節系統的根軌跡
4.5.5 含分佈時滯系統的根軌跡
4.6 習題
第 5 章 控制系統特性的頻率域分析法
5.1 頻率域分析法概述
5.2 系統頻率特性定義及其與傳遞函數的關係
5.2.1 系統頻率特性定義
5.2.2 系統頻率特性與傳遞函數的關係
5.2.3 系統的複域、 時域和頻域傳遞關係
5.2.4 頻率特性與基本特性的分區關係
5.3 系統頻率特性分析法一 ———極座標圖
5.3.1 極座標圖的定義與繪製
5.3.2 典型環節的極座標圖
5.3.3 一般系統的極座標圖繪製
5.3.4 極座標圖與小相位系統
5.3.5 極座標圖與 Nyquist 穩定判據
5.3.6 複放縮 Nyquist 穩定判據
5.3.7 極座標圖與系統的穩定裕量
5.3.8 關於極座標圖的繞向問題
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 二階系統頻域性能指標與阻尼係數的關係
5.4 系統頻率特性分析法二 ———對數座標圖
5.4.1 對數座標圖的定義與繪製
5.4.2 典型環節頻率特性的對數座標圖
5.4.3 一般系統的對數座標圖繪製
5.4.4 對數座標圖應用一 ———穩態誤差的讀圖計算
5.4.5 對數座標圖應用二 ———穩定分析與穩定裕量讀圖計算
5.4.6 對數座標圖應用三———傳遞函數模型的讀圖辨識與降階
5.4.7 對數座標圖應用四———瞬態特性的讀圖計算
5.4.8 小相位系統的對數座標圖性質
5.5 習題
第 6 章 控制系統校正與綜合的經典方法
6.1 系統校正與綜合的定義與問題
6.1.1 系統綜合的定義和主要問題
6.1.2 控制系統綜合的經典方法
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 系統校正的根軌跡綜合設計法
6.3.1 附加零極點對根軌跡的影響
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 系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係
6.4.3 串聯校正裝置的對數座標圖綜合法
6.4.4 並聯校正裝置的對數座標圖綜合法
6.5 習題
第 7 章 線性離散控制系統的分析基礎
7.1 離散控制系統的研究範圍
7.2 離散控制系統的基本概念
7.2.1 採樣控制系統的基本環節與結構
7.2.2 採樣過程及其脈衝序列表現
7.2.3 週期採樣與採樣定理
7.2.4 保持器與類比信號恢復
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 採樣控制系統的數學模型
7.4.1 差分方程及其解法
7.4.2 脈衝傳遞函數
7.5 離散控制系統的穩定性分析
7.5.1 ｓ－平面與 ｚ－平面的映射關係
7.5.2 離散控制系統的穩定判據
7.5.3 離散控制系統穩定性的 Routh 判據
7.5.4 離散控制系統穩定性的Schur－Cohn 判據
7.5.5 離散控制系統穩定性的 Ｊury 判據
7.6 離散控制系統的穩態誤差分析
7.7 離散控制系統的瞬態特性分析
7.7.1 離散控制系統極點和瞬態回應的關係
7.7.2 離散控制系統瞬態特性的主導極點
7.8 離散控制系統的校正與綜合設計
7.8.1 離散控制系統校正的概念與方法
7.8.2 校正裝置的設計方法
7.8.3 少拍系統的特性與設計
7.9 離散控制系統的複域／頻域分析
7.9.1 離散控制系統分析的根軌跡法
7.9.2 離散控制系統穩定性的複放縮 Nyquist 判據
7.9.3 離散控制系統的頻域特性及其性質
7.10 習題
第 8 章 控制系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 幾類特殊系統的狀態空間模型
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 線性定常系統狀態轉移矩陣的概念、性質和求取方法
8.2.3 線性定常系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係
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係
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 系統穩定性判定的 Lyapunov 第二法
8.4.3 線性定常狀態空間模型的穩定性
8.5 系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
第 9 章 非線性控制系統的分析基礎
9.1 非線性系統概述
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 非線性系統的主要特性
9.1.4 非線性系統的建模方法
9.2 非線性系統的時域分析法———相平面法
9.2.1 相平面的定義與基本概念
9.2.2 相平面圖的繪製
9.2.3 二階線性定常系統的相平面分析
9.2.4 二階非線性系統的相平面分析
9.3 非線性系統的頻域分析法———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系統穩定分析
9.4 Luré 非線性系統與穩定性分析
9.4.1 Luré 非線性系統描述和基本概念
9.4.2 Luré 非線性系統的經典圓盤穩定判據
9.4.3 基於複放縮 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
