本书涵盖了拉普拉斯变换、微分方程、传递函数、时域分析法、频域分析法、根轨迹分析法以及系统稳定性与误差分析等经典控制理论相关的数学知识、基础理论及分析方法。通过选用机械工程实例，侧重于培养学生应用基本概念与原理进行控制系统动态问题分析的能力以及解决机械系统控制问题的能力。
样章试读
目录
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第1章 绪论 1
1.1 系统与系统分析 1
1.2 系统建模 1
1.3 系统模型求解 3
1.4 自动控制系统的原理 3
1.4.1 控制系统类型 3
1.4.2 控制系统工作原理 4
1.5 自动控制系统的结构 6
1.5.1 自动控制系统原理方框图 6
1.5.2 有关概念 6
1.6 自动控制系统的特性 7
1.6.1 稳定性 7
1.6.2 准确性 7
1.6.3 动态性 8
1.6.4 鲁棒性 9
1.7 自动控制系统的分类与应用 9
1.7.1 开环控制系统 9
1.7.2 闭环控制系统 10
1.7.3 自动控制理论的应用 10
1.8 本书主要内容 10
本章习题 10
第2章 拉普拉斯变换 12
2.1 概述 12
2.2 常见函数的拉氏变换 12
2.2.1 阶跃函数 12
2.2.2 斜坡函数 13
2.2.3 脉冲函数 13
2.2.4 指数函数 14
2.2.5 三角函数 14
2.2.6 幂函数 15
2.2.7 小结 15
2.3 拉氏变换的性质 16
2.3.1 常数性质 16
2.3.2 叠加定理 16
2.3.3 微分定理 17
2.3.4 积分定理 17
2.3.5 初值定理 18
2.3.6 终值定理 18
2.3.7 时域位移定理 19
2.3.8 复域位移定理 19
2.3.9 部分分式法 19
2.4 拉氏逆变换 20
2.4.1 不同的实数极点 21
2.4.2 相同的实数极点 22
2.4.3 共轭的复数极点 24
本章习题 25
第3章 机械平移系统的动态特性与建模 26
3.1 概述 26
3.1.1 数学模型的含义 26
3.1.2 数学模型的种类 26
3.2 数学模型中的变量 26
3.3 基于变量描述的元素 27
3.3.1 质量 27
3.3.2 阻尼 28
3.3.3 弹簧 29
3.4 机械平移系统物理定律 30
3.4.1 达朗贝尔原理 30
3.4.2 牛顿第三定律 31
3.5 机械平移系统建模 31
3.5.1 受力分析图 32
3.5.2 元素并联 34
3.5.3 元素串联 35
本章习题 36
第4章 电气系统的动态特性与建模 38
4.1 基于变量描述的元素 38
4.1.1 电阻 38
4.1.2 电容 38
4.1.3 电感 38
4.2 电气系统物理定律 39
4.2.1 基尔霍夫电压定律 39
4.2.2 基尔霍夫电流定律 39
4.2.3 结点分析法 39
4.3 电气系统建模 39
4.4 系统相似性 41
本章习题 42
第5章 控制系统的基本原理 43
5.1 概述 43
5.2 传递函数 43
5.2.1 传递函数定义 43
5.2.2 传递函数性质 44
5.2.3 传递函数的有理分式形式 45
5.2.4 串联元件的传递函数 45
5.2.5 并联元件的传递函数 46
5.3 典型环节的传递函数 48
5.3.1 比例环节 48
5.3.2 积分环节 48
5.3.3 惯性环节 49
5.3.4 微分环节 51
5.3.5 振荡环节 52
5.4 传递函数方框图的化简 52
5.4.1 加法点和分支点 52
5.4.2 若干重要概念 53
5.4.3 加法点的移动 54
5.4.4 分支点的移动 56
5.4.5 反馈回路的化简 57
5.4.6 多输入情况 59
5.5 传递函数方框图的绘制 62
5.6 信号流程图 65
5.6.1 绘制信号流程图 66
5.6.2 梅森公式 67
本章习题 68
第6章 时间响应分析 71
6.1 概述 71
6.2 一阶系统的时间响应 71
6.2.1 单位阶跃响应 72
6.2.2 单位斜坡响应 73
6.2.3 单位脉冲响应 73
6.3 二阶系统的时间响应 75
6.3.1 无阻尼情况 76
6.3.2 欠阻尼情况 76
6.3.3 临界阻尼情况 78
6.3.4 过阻尼情况 78
6.4 高阶系统的近似时间响应 79
6.4.1 极点和零点 79
6.4.2 主导极点 80
6.4.3 闭环主导极点 80
6.5 时间响应性能指标 82
6.5.1 一阶系统的性能指标 82
6.5.2 二阶系统的性能指标 84
本章习题 89
第7章 频率响应分析 90
7.1 概述 90
7.2 频率特性的图形表示 93
7.2.1 奈奎斯特图 93
7.2.2 典型环节的奈奎斯特图 93
7.2.3 伯德图 99
7.2.4 典型环节的伯德图 102
7.3 开环伯德图 112
7.4 最小相位系统 115
7.5 奈奎斯特稳定判据 117
7.5.1 判据的使用 117
7.5.2 稳定裕度 119
本章习题 123
第8章 稳定性分析 125
8.1 概述 125
8.2 系统稳定的条件 126
8.3 劳斯稳定判据 127
8.3.1 劳斯稳定判据的前提条件 127
8.3.2 劳斯稳定判据的充要条件 127
8.3.3 闭环相对稳定性 129
8.3.4 劳斯稳定判据的特例 131
本章习题 135
第9章 误差分析与计算 136
9.1 有关概念 136
9.1.1 偏差 136
9.1.2 稳态偏差 137
9.1.3 期望输出 137
9.1.4 误差 137
9.1.5 稳态误差 138
9.2 静态误差系数 139
9.2.1 影响稳态误差的两个因素 139
9.2.2 基于静态误差系数的稳态误差计算 139
9.3 稳态偏差计算 144
9.3.1 输入信号引起的稳态偏差 145
9.3.2 干扰信号引起的稳态偏差 145
9.3.3 总的稳态偏差 146
9.4 稳态误差计算 146
9.5 减小稳态误差的方法 147
9.5.1 提高开环增益 147
9.5.2 增加系统类型 148
9.5.3 前馈控制 148
9.5.4 复合控制 149
本章习题 150
第10章 根轨迹分析法 151
10.1 基本概念 151
10.1.1 根轨迹定义 151
10.1.2 根轨迹与系统性能 152
10.1.3 闭环零极点与开环零极点之间的关系 152
10.1.4 根轨迹方程 154
10.2 绘制根轨迹的基本规则 154
10.2.1 根轨迹的起点与终点 154
10.2.2 根轨迹的分支数与对称性 155
10.2.3 根轨迹的渐近线 155
10.2.4 根轨迹的起始角与终止角 156
10.2.5 根轨迹的分离点和会合点的坐标 157
10.2.6 根轨迹的分离角和会合角 158
10.2.7 根轨迹与虚轴的交点 159
10.2.8 系统闭环极点之和 160
10.2.9 系统闭环极点之积 160
本章习题 160
参考文献 162
后记 163
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