本书内容包括自动控制理论的基本概念和若干应用，主要以经典控制理论为主。其中，第1章主要介绍了自动控制的基本概念、基本分类，对自动控制系统的基本要求和自动控制理论的发展历史。第2章以大量机械、电气系统等实际对象为例，介绍了建立控制系统数学模型的方法。第3章到第6章对线性定常控制系统进行了介绍，包括时域分析法、根轨迹法、频域分析法以及校正和设计方法。第7章内容为线性离散系统的理论及其应用，在基本概念、数学模型、动态性能及数字校正方面，进行详细的讨论。第8章主要讨论了描述函数法、相平面方法等常用的非线性系统分析方法。第9章现代控制理论部分主要介绍了状态空间模型的建立，可控性和可观性，基于状态空间模型的控制系统设计方法——极点配置和观测器设计和李雅普诺夫稳定性理论。第10章介绍了鲁棒控制的一些基本概念和基本方法。本书可用作自动化、电气工程及其自动化、机械设计制造及其自动化等工科相关专业本科生的教材，亦可供相关工程技术人员参考。

本书包括以下几个内容：系统的基本概念；物理系统建模；一阶、二阶系统时域分析；控制系统稳定性分析，控制系统的瞬态响应与稳态误差；分析控制系统的根轨迹法、频率法、状态空间法；控制系统的综合校正；控制系统的鲁棒性分析；控制系统能控性、能观性；控制系统的状态空间反馈和极点配置；离散控制系统分析与综合；非线性控制系统的基本特点及典型分析方法。本书本着循序渐进、启发思维、培养创新精神的原则，设计了许多有关新技术领域，如计算机、航天、航海、航空方面的例题、习题、思考题。

本书还结合自动控制理论的基本概念的讲解，应用了Matlab及控制系统工具箱进行计算机辅助教学，通过例题、习题介绍Matlab在控制系统分析、综合及仿真中的应用。

本书可用作自动化、电气工程及其自动化、机械设计制造及其自动化等工科相关专业本科生的教材，亦可供相关工程技术人员参考。

1 控制系统导论

 1.1 自动控制的基本原理

1.1.1 一个实例

1.1.2 控制系统方框图

 1.2 自动控制系统的分类

1.2.1 按信号的传递路径来分

1.2.2 按系统输入信号的变化规律

来分

1.2.3 按系统传输信号的性质来分

1.2.4 按描述系统的数学模型来分

1.2.5 其他分类方法

 1.3 对控制系统的基本要求

 1.4 自动控制的发展简史

1.4.1 经典控制理论阶段

1.4.2 现代控制理论阶段

1.4.3 大系统控制理论阶段

1.4.4 智能控制阶段

 本章小结

 习题1

2控制系统数学模型

 2.1 导论

 2.2 控制系统的微分方程

2.2.1 微分方程式的建立

2.2.2 非线性方程的线性化

 2.3 控制系统的传递函数

2.3.1 传递函数的概念

2.3.2 传递函数的性质

2.3.3 典型环节及其传递函数

 2.4 控制系统结构图与信号流图

2.4.1 控制系统的结构图

2.4.2 控制系统的信号流图

2.4.3 控制系统的传递函数

 2.5 应用Matlab控制系统仿真

2.5.1 举例

2.5.2 传递函数

2.5.3 结构图模型

 本章小结

 习题2

3 控制系统的时域分析法

 3.1 二阶系统的瞬态响应及性能指标

3.1.1 典型输入信号

3.1.2 系统的性能指标

3.1.3 瞬态响应分析

3.1.4 线性定常系统的重要特性

 3.2 增加零极点对二阶系统响应的影响

 3.3 反馈控制系统的稳态误差

3.3.1 稳态误差的概念

3.3.2 稳态误差的计算

3.3.3 主扰动输入引起的稳态误差

3.3.4 关于降低稳态误差问题

 3.4 劳斯－赫尔维茨稳定性判据

3.4.1 稳定性的概念

3.4.2 劳斯判据

3.4.3 赫尔维茨判据

 3.5 控制系统灵敏度分析

 3.6 应用Matlab分析控制系统的性能

 本章小结

 习题3

4 根轨迹法

 4.1 根轨迹的基本概念

 4.2 绘制根轨迹的基本规则

 4.3 控制系统根轨迹的绘制

 4.4 广义根轨迹

4.4.1 以非K为变参数的根轨迹

4.4.2 正反馈系统的根轨迹

4.4.3 非最小相位系统的根轨迹

 4.5 线性系统的根轨迹分析方法

4.5.1 主导极点的概念

4.5.2 增加开环零极点对根轨迹的

影响

 4.6 利用Matlab绘制系统的根轨迹

 本章小结

 习题4

5 线性系统的频域分析

 5.1 频率特性的概念

 5.2 开环系统频率特性的图形表示

5.2.1 幅相频率特性曲线

5.2.2 对数频率特性曲线

 5.3 奈奎斯特稳定判据

5.3.1 奈奎斯特稳定判据的数学基础

5.3.2 奈奎斯特稳定判据

 5.4 控制系统的相对稳定性

5.4.1 相对稳定性

5.4.2 稳定裕度的求取

 5.5 闭环频率特性

5.5.1 闭环频率特性的图形表示

5.5.2 闭环系统的频域性能指标

5.6 Matlab在系统频域分析中的应用

本章小结

习题5

6 线性系统的校正方法

 6.1 校正与综合的概念

6.1.1 校正的基本方式

6.1.2 基本控制规律

 6.2 常用校正装置及其特性

6.2.1 无源校正装置

6.2.2 有源校正装置

 6.3 串联校正

6.3.1 串联超前校正

6.3.2 串联滞后校正

6.3.3 串联滞后超前校正

6.3.4 期望频率特性法校正

 6.4 反馈校正

 6.5 Matlab在系统校正中的应用

 本章小结

 习题6

7 线性离散控制系统

 7.1 引言

7.1.1 直接数字控制系统

7.1.2 计算机监督控制系统

7.1.3 集散控制系统

 7.2 采样过程的数学描述

7.2.1 采样过程及其数学描述

7.2.2 采样定理

7.2.3 采样周期的选择

 7.3 信号保持

7.3.1 零阶保持器

7.3.2 一阶保持器

 7.4Z 变换理论

7.4.1 Z变换

7.4.2 Z变换的性质

7.4.3 Z反变换

 7.5 采样系统的数学模型

7.5.1 描述离散控制系统的线性差分

方程

7.5.2 脉冲传递函数

 7.6 离散控制系统分析

7.6.1 线性离散控制系统的稳定性

分析

7.6.2 离散控制系统的瞬态响应

7.6.3 离散控制系统的稳态误差

 7.7 数字控制器的设计

7.7.1 无稳态误差最少拍系统的设计

7.7.2 G(z)具有单位圆上和单位圆外

零极点的情况时数字控制器的

设计

7.7.3 无纹波无稳态误差最少拍系统的

设计

 7.8 Matlab在离散系统中的应用

 本章小结

 习题7

8 非线性系统理论

 8.1 引言

8.1.1 非线性系统特点

8.1.2 研究非线性系统的意义与方法

 8.2 典型非线性特性的数学描述及其对

系统性能的影响

8.2.1 饱和特性

8.2.2 死区特性

8.2.3 间隙特性

8.2.4 继电特性

 8.3 描述函数法

8.3.1 描述函数的概念

8.3.2 典型非线性的描述函数

8.3.3 多重非线性的描述函数

8.3.4 用描述函数法分析非线性系统

 8.4 相平面法

8.4.1 相轨迹及其绘制方法

8.4.2 奇点与极限环

8.4.3 用相平面法分析非线性系统

 本章小结

 习题8

9 状态空间分析与综合

 9.1 引言

 9.2 状态空间和状态方程

9.2.1 状态空间方法的几个基本概念

9.2.2 几个示例

 9.3 线性系统状态空间表达式的建立

9.3.1 高阶微分方程到状态空间描述

9.3.2 将传递函数转换成状态空间

描述

9.3.3 由状态变量图求系统的状态

空间描述

9.3.4 状态空间描述与传递函数的

关系

9.3.5 状态变量组的非唯一性

9.3.6 系统矩阵A的特征方程和

特征值

9.3.7 利用Matlab进行系统模型之间的

相互转换

 9.4 线性定常系统连续状态方程的解

9.4.1 线性系统状态方程的解

9.4.2 状态转移矩阵性质

9.4.3 向量矩阵分析中的若干结果

9.4.4 矩阵指数函数eAt的计算

9.4.5 线性离散系统状态空间表达式的

建立及其解

 9.5 线性定常系统的可控性与可观测性

分析

9.5.1 线性连续系统的可控性

9.5.2 线性定常连续系统的可观测性

9.5.3 对偶原理

9.5.4 单输入/单输出系统状态空间

描述的标准形

9.5.5 基于系统标准形的可控可观

判据

9.5.6 离散系统的可控性和可观测性

判据

9.5.7 用Matlab判断系统的可控性和

可观测性

9.6 线性定常系统的状态反馈和状态

观测器

9.6.1 状态反馈与极点配置

9.6.2 输出反馈与极点配置

9.6.3 状态观测器

 9.7 李雅普诺夫稳定性分析

9.7.1 李雅普诺夫意义下的稳定性

问题

9.7.2 李雅普诺夫稳定性理论

 本章小结

 习题9

10 鲁棒控制系统

 10.1 鲁棒性的基本概念

 10.2 参数不确定系统的稳定鲁棒性

10.2.1 使用劳斯判据分析参数不确定

系统的稳定区域

10.2.2 Kharitonov定理

 10.3 传递函数具有不确定性时的稳定鲁

棒性

 10.4 状态方程具有不确定性时的稳定鲁

棒性

 本章小结

 习题10

附录 Matlab简介

 M.1 Matlab的特点

 M.2 Matlab的基本功能

M.2.1 Matlab的编程环境

M.2.2 Matlab的程序设计基础

 M.3 Matlab控制系统工具箱简介

M.3.1 线性系统的数学模型

M.3.2 Matlab控制系统工具箱函数

介绍

M.3.3 使用Matlab符号运算工具箱进行

拉氏变换

参考文献