目 录
第1章 自动控制系统的基本概念 1
1.1 概述 1
1.2 自动控制的基本方式 1
1.2.1 开环控制系统 2
1.2.2 闭环控制系统 3
1.2.3 控制系统的基本组成 6
1.3 自动控制系统的类型 8
1.3.1 线性系统和非线性系统 8
1.3.2 连续系统和离散系统 8
1.3.3 恒值系统、程序控制系统和随动控制系统 8
1.3.4 对控制系统的基本要求 9
1.4 本课程的基本任务、特点及学习方法 10
习题1 10
第2章 控制系统的数学模型 13
2.1 控制工程数学基础 13
2.1.1 拉普拉斯变换的定义 13
2.1.2 典型试验函数的拉普拉斯变换 13
2.1.3 拉普拉斯变换的性质 16
2.1.4 拉普拉斯反变换 17
2.2 控制系统数学模型的建立 19
2.2.1 元件和系统微分方程式的建立 20
2.2.2 传递函数 24
2.2.3 系统结构图 26
2.2.4 典型环节的传递函数 28
2.3 结构图等效变换和系统传递函数 35
2.3.1 典型连接的等效传递函数 35
2.3.2 用梅逊公式求传递函数 40
2.3.3 系统传递函数 43
2.4 设计实例：低通滤波器设计 45
小结 46
习题2 47
第3章 控制系统时域分析 52
3.1 时域性能指标 52
3.2 一阶系统的瞬态响应 53
3.3 二阶系统的阶跃响应 55
3.3.1 二阶系统的单位阶跃响应 57
3.3.2 二阶系统的瞬态响应性能指标 60
3.4 代数稳定判据 63
3.5 稳态误差 67
3.5.1 稳态误差及误差系数 67
3.5.2 扰动稳态误差 72
3.5.3 减小稳态误差的方法 73
3.6 设计实例：望远镜指向控制系统的设计 76
小结 78
习题3 79
第4章 频域分析法 83
4.1 频率特性的基本概念与表示方法 83
4.1.1 频率特性的基本概念 83
4.1.2 频率特性的表示方法 86
4.2 典型环节的频率特性 88
4.3 开环系统频率特性的绘制 97
4.3.1 系统的开环幅相频率特性 97
4.3.2 系统的开环对数频率特性 101
4.4 用频率法分析控制系统的稳定性 105
4.4.1 用开环幅相频率特性判断闭环系统的稳定性 105
4.4.2 用开环对数频率特性判断闭环系统稳定性 109
4.4.3 系统的稳定裕量 110
4.5 开环系统频率特性和时域特性的关系 114
4.5.1 开环对数频率特性低频段与稳态误差 114
4.5.2 开环对数频率特性中频段与时域瞬态特性 116
4.5.3 闭环系统频率特性与时域性能的关系 121
4.6 设计实例：雕刻机位置控制系统 123
小结 124
习题4 125
第5章 自动控制系统的校正 129
5.1 校正装置 129
5.1.1 无源校正装置 129
5.1.2 有源校正装置 130
5.2 PID控制规律 132
5.3 串联校正（频率法） 136
5.3.1 串联超前校正 136
5.3.2 串联滞后校正 140
5.3.3 串联滞后-超前校正 144
5.4 反馈校正 147
5.5 顺馈补偿举例 152
小结 153
习题5 154
第6章 步进电动机控制系统 156
6.1 环形分配器 157
6.1.1 硬件环形分配器 157
6.1.2 软件环形分配器 160
6.2 步进电动机控制系统 161
6.2.1 步进电动机驱动电源的功率放大电路 161
6.2.2 步进电动机控制系统组成 165
6.3 步进电动机控制系统的应用 166
6.3.1 步进电动机控制系统的应用 166
6.3.2 步进电动机控制系统使用中的常见问题 168
小结 172
习题6 172
第7章 直流调速控制系统 173
7.1 转速负反馈晶闸管直流调速系统 173
7.1.1 系统的组成 173
7.1.2 系统的框图 176
7.1.3 系统的自动调节过程 177
7.1.4 系统的性能分析 178
7.2 小功率有静差直流调速系统实例分析（阅读材料） 181
7.2.1 系统结构特点和技术数据 181
7.2.2 定性分析 182
7.2.3 系统框图 186
7.2.4 系统的自动调节过程 186
7.2.5 系统性能分析 187
7.3 转速和电流双闭环直流调速系统 187
7.3.1 双闭环调速系统的组成 188
7.3.2 系统框图 189
7.3.3 双闭环调速系统的工作原理和自动调节过程 191
7.3.4 系统性能分析 192
7.3.5 双闭环调速系统的优点 193
7.4 直流脉宽调制（PWM）调速系统 194
7.4.1 PWM调速系统的工作原理 194
7.4.2 PWM调速系统的主要特点 197
7.4.3 PWM调速系统组成 197
7.4.4 PWM调速系统的分析 200
小结 201
习题7 203
第8章 交流调压调速系统 207
8.1 概述 207
8.1.1 交流调速系统的发展 207
8.1.2 交流调速系统的分类 208
8.2 异步电动机调压调速系统工作原理 209
8.2.1 调压调速的工作原理 209
8.2.2 交流调压器原理 210
8.3 异步电动机调压调速系统 212
8.3.1 调压调速的组成 212
8.3.2 调压调速的特性 212
8.3.3 调压调速的功率损耗 213
小结 215
习题8 215
第9章 MATLAB在自动控制原理与系统中的应用 216
9.1 学习自动控制原理的工具软件MATLAB 216
9.1.1 先进的软件系统MATLAB 216
9.1.2 MATLAB的程序设计环境 217
9.1.3 基本操作 220
9.1.4 M文件 222
9.1.5 MATLAB的绘图功能 224
9.2 用MATLAB求拉氏变换与拉氏反变换 225
9.3 控制系统数学模型的MATLAB实现 228
9.3.1 数学模型的三种表示 229
9.3.2 结构图模型的简化 232
9.4 用MATLAB解决时域分析的问题 237
9.4.1 时域响应曲线的绘制 237
9.4.2 二阶系统性能指标的计算 240
9.4.3 代数稳定判据MATLAB的实现 242
9.4.4 稳态误差的计算 243
9.5 用MATLAB解决频率分析问题 246
9.5.1 频率特性曲线的绘制 246
9.5.2 利用频率特性计算系统的参数 248
9.5.3 频率特性曲线的性能分析及性能指标的计算 251
9.6 PID校正设计MATLAB实现举例 256
9.7 用MATLAB实现频率法校正举例 259
9.8 用MATLAB仿真单闭环调速系统 267
9.9 用MATLAB仿真双闭环调速系统 274
小结 282
习题9 282
附录A MATLAB中用到的参考函数程序 287
参考文献 291