自动控制原理（第4版）

本书全面系统地介绍自动控制理论基本分析和设计方法。全书共分九章，前六章介绍连续控制系统的数学建模，线性系统的时域分析法、根轨迹分析法、频域分析法以及系统的校正。第七章介绍非线性系统的基本分析方法，其中包括相平面法和描述函数法。第八章介绍离散控制系统的理论，用时域法分析离散系统的稳定性、动态性能和稳态误差。第九章介绍目前国际控制界流行的MATLAB仿真方法，精心设计了经典的模拟实验以供学习者训练之用。在附录中介绍拉氏变换和MATLAB应用的基础知识以供读者查用。

吴皓：1972年9月生人，2011年毕业于山东大学并获得博士学位，现为控制科学与工程学院教授，自动化系主任；国家级课程思政教学名师，山东大学教学能手；省级示范性基层教学组织和实习实训基地负责人；多次获省级优秀科技指导教师、优秀指导教师等称号。

目 录第1章自动控制的基本概念1.1 引言1.2自动控制的基本知识1.2.1自控问题的提出1.2.2自动控制的定义及基本职能元件1.2.3自动控制中的一些术语及方框图1.3自动控制系统的基本控制方式1.3.1开环控制1.3.2闭环控制1.3.3开环与闭环系统的比较1.4自动控制系统的分类及基本组成1.4.1按给定信号的特征分类1.4.2 按系统的数学描述划分1.4.3 按信号传递的连续性划分1.4.4 按系统的输入与输出信号的数量划分1.4.5 自控系统的基本组成1.5 对控制系统的要求和分析设计1.5.1 对系统的要求1.5.2 控制系统的分析与设计1.6 自动控制理论的发展概况1.6.1 早期的自动控制工作1.6.2 经典控制理论1.6.3 现代控制理论1.7例题精解学习指导与小结习题第2章控制系统的数学模型2.1引言2.1.1系统数学模型的特点2.1.2数学模型的类型2.1.3系统数学模型的建模原则2.2系统微分方程的建立2.2.1列写微分方程式的一般步骤2.2.2机械系统举例2.2.3电路系统举例2.2.4实物物理系统线性微分方程的一般特征2.2.5电枢控制直流电动机2.3线性系统的传递函数2.3.1线性常系数微分方程的求解2.3.2传递函数的定义和实际意义2.3.3传递函数的性质及微观结构2.4典型环节及其传递函数2.5系统的结构图2.5.1结构图的定义及基本组成2.5.2结构图的绘制步骤2.5.3结构图的基本连接形式2.5.4结构图的等效变换2.5.5结构图的简化2.6信号流图及梅逊公式2.6.1信号流图的基本概念2.6.2信号流图的绘制方法2.6.3梅逊增益公式（Mason)2.7 例题精解学习指导与小结习题第3章时域分析法3.1 典型输入信号和时域性能指标3.1.1典型输入信号3.1.2阶跃响应性能指标3.2一阶系统时域分析3.2.1一阶系统的单位阶跃响应3.2.2一阶系统的单位脉冲响应3.2.3一阶系统的单位斜坡响应3.3典型二阶系统时域分析3.3.1 典型二阶系统的单位阶跃响应3.3.2 欠阻尼二阶系统暂态性能指标估算3.3.3 过阻尼二阶系统暂态性能指标估算3.3.4 二阶系统的单位脉冲响应3.3.5 二阶系统的单位斜坡响应3.4高阶系统分析3.4.1 高阶系统的单位阶跃响应3.4.2 闭环零、极点对系统性能的影响3.4.3 闭环主导极点3.5 控制系统的稳定性分析3.5.1 稳定性的概念及线性系统稳定的充要条件3.5.2 劳斯稳定判据3.5.3两种特殊情况3.5.4劳斯稳定判据在系统分析中的应用3.6 控制系统的稳态误差分析3.6.1 稳态误差的定义及一般计算公式3.6.2 控制系统的类型3.6.3给定信号作用下的稳态误差分析3.6.4扰动信号作用下的稳态误差分析3.7 PID基本控制作用对系统性能的影响3.7.1比例（P）控制3.7.2 比例加微分（PD）控制3.7.3积分（I）控制3.7.4 比例加积分（PI）控制3.7.5 比例加积分加微分（PID）控制3.8 例题精解学习指导与小结习题第4章根轨迹法4．1 根轨迹4．1．1 根轨迹的基本概念4．1．2 根轨迹与系统性能4．1．3 根轨迹方程4．2 绘制根轨迹的基本法则4．2．1 绘制根轨迹的基本法则4．2．2 闭环极点的确定4．3 广义根轨迹4．3．1 零度根轨迹4．3．2 参变量根轨迹4．3．3 增加开环零极点对根轨迹的影响4．4 例题精解学习指导小结习题第5章线性系统的频域分析法5．1 频率特性5．1．1 基本概念5．1．2 频率特性的定义5．1．3 频率特性的几何表示法5．2 典型环节的频率特性5．3 控制系统的开环频率特性5．3．1 开环极坐标图5．3．2 开环伯德图5．3．3 最小相位系统与非最小相位系统5．4 奈奎斯特稳定判据5．4．1 辅助函数5．4．2 幅角原理5．4．3 奈氏判据5．4．4 伯德图上的稳定判据5．5 开环频域指标5．5．1 稳定裕度5．5．2 开环频域指标与时域指标的关系5．5．3 三频段与系统性能5．6 闭环频率特性5．6．1 闭环频率特性5．6．2 闭环频域指标与时域指标的关系5．6．3 闭环频域指标与开环频域指标的关系5．7 例题精解学习指导小结习题第6章控制系统的校正6．1 校正的基本概念6．1．1 校正的定义6．1．2 校正方式6．1．3 设计方法6．2 典型校正装置6．2．1 典型无源超前校正网络6．2．2 典型无源滞后校正网络6．2．3 典型无源滞后—超前校正网络6．2．4 调节器6．3 频域法串联校正6．3．1 串联分析法6．3．2 串联综合法6．3．3 PID调节器6．4 频域法反馈校正6．5 控制系统的复合校正6．5．1 按扰动补偿的复合校正6．5．2 按输入补偿的复合校正6．6 例题精解学习指导小结习题第7章非线性系统7．1 典型非线性特性7．1．1 典型非线性特性的种类7．1．2 非线性系统的若干特征7．1．3 非线性系统的分析方法7．2 描述函数法7．2．1 描述函数的定义7．2．2 描述函数的求法7．2．3 组合非线性特性的描述函数7．2．4 用描述函数法分析非线性系统7．3 相平面法7．3．1 相平面法的基本概念7．3．2 相平面图的绘制7．3．3 线性系统的相平面图7．3．4 奇点和奇线7．3．5 非线性系统的相平面法分析7．4 例题精解学习指导小结习题第8章离散控制系统8.1引言8.1.1离散系统的基本概念8.1.2离散系统的定义及常用术语8.1.3离散系统的特点8.2采样过程和采样定理8.2.1采样过程的数学描述8.2.2采样信号频谱分析8.2.3采样定理8.3信号恢复8.3.1信号保持的基本原理8.3.2零阶保持器8.4 z变换8.4.1 z变换的定义8.4.2 z变换的求法8.4.3 z变换的性质8.4.4 z反变换8.5离散系统的数学模型8.5.1差分方程8.5.2脉冲传递函数8.5.3离散系统结构图与脉冲传递函数8.5.4两种数学模型之间的相互转换8.6离散系统的时域分析8.6.1 s平面与z平面的映射关系8.6.2离散系统的动态性能分析8.6.3离散系统的稳定性分析8.6.4离散系统的稳态误差87 例题精解学习指导与小结习题第9章控制系统的MATLAB仿真与模拟实验9.1 控制系统的MATLAB知识9.2 自动控制理论模拟实验与SIMULINK仿真实验一、典型环节与阶跃响应测试实验二、系统频率特性测量实验三、连续系统的频率法串联校正附录1 拉普拉斯(Laplace)变换附录2 MATLAB常用命令参考文献