第1章　绪论1
　1.1　自动控制系统概述1
　　1.1.1　控制系统工作原理1
　　1.1.2　自动控制系统的概念和特性4
　1.2　自动控制系统的分类和组成5
　　1.2.1　自动控制系统分类5
　　1.2.2　闭环自动控制系统组成9
　1.3　自动控制系统的性能指标9
　1.4　自动控制理论的发展11
　1.5　自动控制技术的应用实例12
　　1.5.1　工业控制系统应用实例12
　　1.5.2　农业装备控制系统应用实例15
　习题20
第2章　控制系统数学基础24
　2.1　复变函数24
　　2.1.1　复数的表达25
　　2.1.2　复数的运算26
　　2.1.3　复变函数27
　2.2　拉普拉斯变换的定义27
　2.3　典型函数的拉普拉斯变换29
　　2.3.1　单位脉冲函数的拉氏变换29
　　2.3.2　单位阶跃函数的拉氏变换29
　　2.3.3　单位斜坡函数的拉氏变换30
　　2.3.4　单位抛物线函数的拉氏变换30
　　2.3.5　指数函数的拉氏变换30
　　2.3.6　正弦和余弦函数的拉氏变换31
　2.4　拉普拉斯变换的基本性质31
　　2.4.1　线性叠加性质31
　　2.4.2　时域平移性质32
　　2.4.3　复域位移性质32
　　2.4.4　时域尺度变换性质33
　　2.4.5　微分性质33
　　2.4.6　积分性质34
　　2.4.7　初值定理35
　　2.4.8　终值定理35
　　2.4.9　卷积定理36
　2.5　拉普拉斯逆变换37
　　2.5.1　拉普拉斯逆变换定义37
　　2.5.2　拉普拉斯逆变换计算方法37
　习题40
第3章　控制系统的传递函数42
　3.1　传递函数概述42
　　3.1.1　传递函数的定义42
　　3.1.2　传递函数的形式43
　3.2　传递函数的建立45
　　3.2.1　线性系统传递函数的建立45
　　3.2.2　非线性系统传递函数的建立46
　3.3　典型环节的传递函数49
　　3.3.1　比例环节49
　　3.3.2　微分环节50
　　3.3.3　积分环节53
　　3.3.4　惯性环节54
　　3.3.5　振荡环节56
　　3.3.6　延时环节57
　3.4　传递函数框图及简化58
　　3.4.1　传递函数框图的组成58
　　3.4.2　传递函数框图的连接形式59
　　3.4.3　传递函数框图的建立61
　　3.4.4　传递函数框图的等效变换62
　3.5　梅逊公式66
　　3.5.1　信号流图67
　　3.5.2　梅逊公式68
　3.6　反馈控制系统传递函数72
　　3.6.1　典型反馈控制系统72
　　3.6.2　给定输入信号下的传递函数72
　　3.6.3　干扰输入信号下的传递函数73
　　3.6.4　系统总输出及干扰消除方法73
　　3.6.5　直流电动机反馈控制系统74
　习题76
第4章　控制系统误差与时域分析81
　4.1　典型输入信号81
　4.2　时间响应组成82
　4.3　时间响应评价指标85
　　4.3.1　动态性能评价指标85
　　4.3.2　稳态性能评价指标86
　4.4　控制系统误差分析86
　　4.4.1　控制系统误差与偏差86
　　4.4.2　控制系统稳态误差与稳态偏差87
　　4.4.3　给定输入信号作用下的稳态偏差89
　　4.4.4　干扰信号作用下的稳态偏差95
　　4.4.5　减小稳态误差的方法99
　4.5　一阶系统时域分析100
　　4.5.1　一阶系统的传递函数100
　　4.5.2　一阶系统的时间响应100
　4.6　二阶系统时域分析104
　　4.6.1　二阶系统的传递函数104
　　4.6.2　二阶系统的单位阶跃响应104
　　4.6.3　二阶系统时间响应的动态性能指标106
　　4.6.4　二阶系统时间响应的动态性能分析109
　　4.6.5　二阶系统动态性能的改善方法111
　4.7　高阶系统时域分析114
　　4.7.1　高阶系统时间响应114
　　4.7.2　高阶系统主导极点115
　习题117
第5章　控制系统频域特性分析121
　5.1　频域特性概述121
　　5.1.1　频率响应与频率特性121
　　5.1.2　频率特性与传递函数的关系123
　　5.1.3　频率特性求取方法125
　　5.1.4　频率特性的图形表示方法126
　5.2　频率特性Nyquist图126
　　5.2.1　典型环节的Nyquist图127
　　5.2.2　一般系统开环频率特性的Nyquist图134
　5.3　频率特性Bode图139
　　5.3.1　典型环节的Bode图140
　　5.3.2　一般系统开环频率特性的Bode图149
　5.4　最小相位系统和传递函数确定方法154
　　5.4.1　最小相位系统154
　　5.4.2　最小相位系统传递函数的确定方法157
　5.5　闭环频率特性与频域性能指标159
　　5.5.1　闭环频率特性与开环频率特性的关系159
　　5.5.2　闭环频率特性的频域性能指标160
　习题162
第6章　控制系统稳定性分析165
　6.1　控制系统稳定性概述165
　　6.1.1　控制系统稳定性的定义165
　　6.1.2　控制系统稳定的充要条件166
　6.2　控制系统Routh稳定判据167
　　6.2.1　Routh稳定判据的必要条件167
　　6.2.2　Routh稳定判据的充要条件168
　　6.2.3　Routh稳定判据的特殊情况172
　6.3　控制系统Nyquist稳定判据174
　　6.3.1　幅角原理174
　　6.3.2　Nyquist稳定判据176
　　6.3.3　Nyquist稳定判据应用方法178
　　6.3.4　Nyquist稳定判据应用181
　6.4　控制系统Bode稳定判据183
　　6.4.1　Bode图与Nyquist图的关系183
　　6.4.2　Bode稳定判据184
　6.5　控制系统相对稳定性185
　习题189
第7章　控制系统的性能校正194
　7.1　系统的性能指标194
　　7.1.1　系统性能指标194
　　7.1.2　二阶系统性能指标之间的关系195
　7.2　系统性能校正199
　　7.2.1　校正的概念199
　　7.2.2　校正的分类200
　7.3　串联校正201
　　7.3.1　相位超前校正201
　　7.3.2　相位滞后校正208
　　7.3.3　相位滞后超前校正213
　7.4　反馈校正219
　　7.4.1　反馈校正原理219
　　7.4.2　比例反馈校正220
　　7.4.3　微分反馈校正223
　7.5　顺馈校正226
　　7.5.1　顺馈校正原理226
　　7.5.2　顺馈校正应用228
　习题230
第8章　控制系统PID校正236
　8.1　PID控制规律236
　8.2　P控制器237
　　8.2.1　P控制器的控制规律及频率特性237
　　8.2.2　P控制器的校正环节238
　　8.2.3　P控制器的控制效果238
　8.3　PD控制器239
　　8.3.1　PD控制器的控制规律及频率特性239
　　8.3.2　PD控制器的校正环节240
　　8.3.3　PD控制器的控制效果241
　8.4　PI控制器242
　　8.4.1　PI控制器的控制规律及频率特性242
　　8.4.2　PI控制器的校正环节243
　　8.4.3　PI控制器的控制效果243
　8.5　PID控制器244
　　8.5.1　PID控制器的控制规律及频率特性244
　　8.5.2　PID控制器的校正环节246
　　8.5.3　PID控制器的控制效果246
　8.6　控制系统最优模型247
　　8.6.1　二阶系统最优模型（典型Ⅰ型系统）247
　　8.6.2　高阶系统最优模型（典型Ⅱ型系统）251
　8.7　PID参数整定方法253
　　8.7.1　ZieglerNichols整定法253
　　8.7.2　改进的ZieglerNichols整定法257
　　8.7.3　CohenCoon整定法258
　8.8　数字PID控制算法259
　　8.8.1　位置式数字PID控制算法260
　　8.8.2　增量式数字PID控制算法262
　习题265
第9章　控制系统MATLAB仿真267
　9.1　控制系统的MATLAB模型建立267
　　9.1.1　常用建模函数268
　　9.1.2　典型结构数学模型的建立271
　　9.1.3　其他典型函数274
　9.2　MATLAB实现系统时域分析275
　　9.2.1　时域分析的常用函数275
　　9.2.2　LTI Viewer图形用户界面276
　9.3　MATLAB实现系统频域特性分析276
　　9.3.1　频域特性分析方法276
　　9.3.2　采用MATLAB绘制Nyquist图277
　　9.3.3　采用MATLAB绘制Bode图277
　　9.3.4　综合实例279
　9.4　MATLAB实现系统稳定性分析282
　　9.4.1　代数稳定判据的MATLAB实现282
　　9.4.2　采用Nyquist图判定系统稳定性283
　　9.4.3　采用Bode图判定系统稳定性285
　9.5　MATLAB实现系统性能校正287
　　9.5.1　相位超前校正287
　　9.5.2　相位滞后校正289
　　9.5.3　相位滞后超前校正291
　　9.5.4　PID校正293
　9.6　Simulink建模与仿真296
第10章　控制系统实例分析301
　10.1　执行机构位置控制系统301
　　10.1.1　执行机构位置控制系统工作原理301
　　10.1.2　执行机构位置控制系统传递函数建立301
　　10.1.3　执行机构位置控制系统误差与时域分析304
　　10.1.4　执行机构位置控制系统频域与稳定性分析305
　　10.1.5　执行机构位置控制系统串联校正分析307
　　10.1.6　执行机构位置控制系统PID校正分析308
　10.2　一级直线倒立摆控制系统310
　　10.2.1　一级直线倒立摆装置310
　　10.2.2　一级直线倒立摆模型建立311
　　10.2.3　PID控制器设计及仿真313
　10.3　无人机避障控制系统317
　　10.3.1　无人机避障控制系统分析317
　　10.3.2　无人机避障控制系统相位超前校正318
　　10.3.3　无人机避障控制系统相位滞后校正319
　10.4　无人机高度控制系统322
　　10.4.1　无人机高度控制系统顺馈校正322
　　10.4.2　无人机高度控制系统PI校正324
　10.5　农业机器人控制系统327
　　10.5.1　农业机器人控制系统的工作原理327
　　10.5.2　农业机器人控制系统传递函数的建立328
　　10.5.3　农业机器人控制系统的性能分析329
　　10.5.4　农业机器人控制系统的PID校正330
　10.6　拖拉机液压悬挂控制系统330
　　10.6.1　拖拉机液压悬挂控制系统的工作原理330
　　10.6.2　拖拉机液压悬挂控制系统传递函数的建立331
　　10.6.3　拖拉机液压悬挂控制系统的性能分析335
　　10.6.4　拖拉机液压悬挂控制系统的PID校正338
参考文献339