第1章 自动控制的一般概念

 1.1 自动控制的基本原理与方式

1.1.1 自动控制技术及其应用

1.1.2 自动控制理论

1.1.3 反馈控制原理

1.1.4 反馈控制系统的基本组成

1.1.5 自动控制系统基本控制方式

 1.2 自动控制系统示例

1.2.1 函数记录仪

1.2.2 火炮方位角控制系统

1.2.3 导弹自动驾驶仪

1.2.4 电压调节系统

 1.3 自动控制系统的分类

 1.4 对自动控制系统的基本要求

1.4.1 基本要求的提法

1.4.2 典型外作用

 1.5 本课程的研究内容

 1.6 小结

 习题

第2章 控制系统的数学模型

 2.1 控制系统的时域数学模型

2.1.1 线性元件的微分方程

2.1.2 线性定常微分方程的求解

2.1.3 非线性微分方程的线性化

2.1.4 运动的模态

 2.2 控制系统的复数域数学模型

2.2.1 传递函数的定义和性质

2.2.2 典型元部件的传递函数

 2.3 控制系统的结构图与信号流图

2.3.1 控制系统结构图的组成和绘制

2.3.2 结构图的等效变换与简化

2.3.3 信号流图的组成及性质

2.3.4 信号流图的绘制

2.3.5 梅森增益公式

2.3.6 闭环系统的传递函数

 2.4 数学模型的实验测定法

2.4.1 数学模型实验测定的主要方法

2.4.2 输入测试信号的选择

2.4.3 测定实验注意事项

2.4.4 实验结果的数据处理

 2.5 小结

 习题

第3章 线性系统的时域分析法

 3.1 线性系统时间响应的性能指标

3.1.1 典型输入信号

3.1.2 动态过程与稳态过程

3.1.3 动态性能与稳态性能

 3.2 一阶系统的时域分析

3.2.1 一阶系统的数学模型

3.2.2 典型输入下一阶系统的响应

 3.3 二阶系统的时域分析

3.3.1 二阶系统的数学模型

3.3.2 二阶系统的单位阶跃响应

3.3.3 欠阻尼二阶系统的动态过程分析

3.3.4 过阻尼二阶系统的动态过程分析

3.3.5 二阶系统的单位斜坡响应

3.3.6 二阶系统性能的改善

3.3.7 非零初始条件下二阶系统的响应过程

 3.4 高阶系统的时域分析

3.4.1 三阶系统的单位阶跃响应

3.4.2 高阶系统的阶跃响应

3.4.3 闭环主导极点

3.4.4 高阶系统的动态性能估算

 3.5 线性系统的稳定性分析

3.5.1 稳定性的基本概念

3.5.2 线性系统稳定的充要条件

3.5.3 劳斯一赫尔维茨稳定判据

3.5.4 劳斯稳定判据的特殊情况

3.5.5 劳斯稳定判据的应用

 3.6 线性系统的稳态误差计算

3.6.1 误差与稳态误差

3.6.2 系统类型

3.6.3 阶跃输入作用下的稳态误差与静态位置误差系数

3.6.4 斜坡输入作用下的稳态误差与静态速度误差系数

3.6.5 加速度输入作用下的稳态误差与静态加速度误差系数

3.6.6 动态误差系数法

3.6.7 扰动作用下的稳态误差

3.6.8 减小或消除稳态误差的措施

 3.7 小结

 习题

第4章 线性系统的根轨迹法

 4.1 根轨迹法的基本概念

4.1.1 根轨迹概念

4.1.2 根轨迹与系统性能

4.1.3 闭环零、极点与开环零、极点之间的关系

4.1.4 根轨迹方程

 4.2 根轨迹绘制的基本法则

 4.3 广义根轨迹

4.3.1 参数根轨迹

4.3.2 零度根轨迹

 4.4 系统性能的分析与估算

 4.5 小结

 习题

第5章 线性系统的频域分析法

 5.1 引言

 5.2 频率特性

5.2.1 频率特性的基本概念

5.2.2 频率特性的几何表示法

 5.3 典型环节和开环系统频率特性

5.3.1 典型环节

5.3.2 典型环节的频率特性

5.3.3 开环幅相曲线绘制

5.3.4 开环对数频率特性曲线

5.3.5 传递函数的频域实验确定

 5.4 频率域稳定判据

5.4.1 奈奎斯特判据基础

5.4.2 奈奎斯特稳定判据

5.4.3 对数频率稳定判据

 5.5 稳定裕度

 5.6 闭环系统的频域性能指标

5.6.1 控制系统的频带宽度

5.6.2 闭环系统频域指标和时域指标的转换

 5.7 小结

 习题

第6章 线性系统的校正方法

 6.1 系统的设计与校正问题

6.1.1 性能指标

6.1.2 系统带宽的选择

6.1.3 校正方式

6.1.4 基本控制规律

 6.2 常用校正装置及其特性

6.2.1 无源校正网络

6.2.2 有源校正装置

 6.3 串联校正

6.3.1 频率响应法校正设计

6.3.2 串联超前校正

6.3.3 串联滞后校正

6.3.4 串联滞后一超前校正

6.3.5 串联综合法校正

6.3.6 串联工程设计方法

 6.4 反馈校正

6.4.1 反馈校正的原理与特点

6.4.2 测速-相角超前网络反馈校正

6.4.3 综合法反馈校正

 6.5 复合校正

6.5.1 复合校正的概念

6.5.2 按扰动补偿的复合校正

6.5.3 按输入补偿的复合校正

 6.6 小结

 习题

第7章 离散系统的分析

 7.1 离散系统基本概念

7.1.1 采样控制系统

7.1.2 数字控制系统

7.1.3 数字控制系统与采样控制系统的关系

7.1.4 离散控制系统的特点

7.1.5 离散系统的研究方法

 7.2 信号采样与保持

7.2.1 信号采样

7.2.2 零阶保持器

 7.3 z变换理论

7.3.1 z变换定义

7.3.2 z变换方法

7.3.3 z变换的基本定理

7.3.4 z反变换

7.3.5 z变换法的局限性

 7.4 离散系统的数学模型

7.4.1 线性常系数差分方程及其解法

7.4.2 脉冲传递函数

7.4.3 开环系统脉)中传递函数

7.4.4 闭环系统脉冲传递函数

 7.5 离散系统的稳定性与稳态误差

7.5.1 s域到z域的映射

7.5.2 线性定常离散系统稳定的充分必要条件

7.5.3 离散系统的稳定性判据

7.5.4 离散系统的稳态误差

 7.6 离散系统的动态性能分析

7.6.1 离散系统的时间响应

7.6.2 闭环极点与动态响应的关系

 7.7 离散系统的数字校正

7.7.1 数字控制器的脉冲传递函数

7.7.2 最少拍系统设计

第8章 控制系统的状态空间分析与综合

 8.1 控制系统的状态空间描述

8.1.1 基本概念

8.1.2 系统的传递函数矩阵

8.1.3 线性定常系统动态方程的建立

 8.2 线性系统的运动分析

8.2.1 线性定常连续系统的自由运动

8.2.2 状态转移矩阵的性质

8.2.3 线性定常连续系统的受控运动

8.2.4 线性定常离散系统的运动分析

 8.3 控制系统的李雅普诺夫稳定性分析

8.3.1 李雅普诺夫稳定性概念

8.3.2 李雅普诺夫稳定性间接判别法

8.3.3 李雅普诺夫稳定性直接判别法

8.3.4 线性定常系统的李雅普诺夫稳定性分析

 8.4 线性系统的可控性和可观测性

8.4.1 基本概念

8.4.2 线性定常系统的可控性

8.4.3 线性定常系统的可观测性

8.4.4 可控性、可观测性与传递函数矩阵的关系

8.4.5 连续系统离散化后的可控性与可观测性

 8.5 线性系统非奇异线性变换及系统的规范分解

8.5.1 线性系统的非奇异线性变换及其性质

8.5.2 几种常用的线性变换

8.5.3 对偶原理

8.5.4 线性系统的规范分解

 8.6 线性定常控制系统的综合设计

8.6.1 状态反馈与极点配置

8.6.2 输出反馈与极点配置

8.6.3 状态重构与状态观测器设计

8.6.4 降维状态观测器的例子

参考文献

　　范军芳和苏中编著的《自动控制原理》从系统设计和应用的角度阐述了控制理论的主要内容。全书共八章，分别介绍了自动控制的基本概念、数学模型、时域分析、根轨迹、频率域分析、校正设计，以及离散系统和现代控制理论的基本概念与方法。本书从智能科学与技术专业培养需求出发，内容以经典控制为主，全书兼顾理论、教学实际以及工程应用，并积极引进辅助教学设计软件，以概念讲解清楚、公式删繁就简、结合专业应用等为特色。

《自动控制原理》可供高等院校智能科学与技术等专业控制理论少学时课程作为教材使用。

范军芳和苏中编著的《自动控制原理》是为北京信息科技大学智能科学与技术专业的本科生提供是一本合适的控制理论教学参考书。

全书共分8章，各章内容安排如下：第1章在介绍基本概念的基础上，讲解自动控制研究的发展历史，结合实际系统，讨论工程与理论、时域与频域等辩证关系，并以框图形式给出各部分内容的内在联系；第2章由微分方程导出传递函数、框图模型，结合工具软件进行分析；第3章详细讨论单位阶跃信号作用下的二阶系统响应，简略分析脉冲和斜坡信号响应，简化Routh—Hurwitz判据的讲解，最后介绍计算稳态误差的一般性方法和静态系数法；第4章介绍根轨迹的绘制，重在利用根轨迹进行系统分析与估算；第5章介绍控制系统频率域分析方法，侧重物理概念、典型环节描述与稳定性判据的应用，并简要论述时域指标与频域指标之间的联系；第6章介绍系统校正方法，详细讨论超前／滞后校正以及PID控制器的设计；第7章介绍离散控制系统基本内容；第8章详细介绍现代控制理论的主要内容以及若干最新成果。

为了帮助理解基本概念，前五章安排习题较多，后3章以例题为主。