本书主要介绍分析和设计反馈控制系统的经典理论和应用方法。全书共8章,内容包括自动控制系统的基本概念,自动控制系统的数学模型,自动控制系统的时域分析法、根轨迹法、频率特性法,控制系统的校正,非线性控制系统、离散控制系统的分析和综合应用等。在每章后面分别介绍了MATLAB在自动控制理论中的一些应用,以及如何利用计算机辅助设计方法解决自动控制领域的一些系统分析和设计问题。同时,各章均提供了一定数量的习题与MATLAB实验题,以帮助读者理解基本概念并掌握分析和设计方法。
本书可作为高等工科院校自动化及相关专业的教材,也可供从事自动化方面工作的科技人员学习参考。

第1章 控制系统的基本概念
1.1 引言
1.2 开环控制系统与闭环控制系统
1.2.1 开环控制系统
1.2.2 闭环控制系统
1.3 自动控制系统的组成
1.3.1 基本组成部分
1.3.2 自动控制系统中常用的名词术语
1.4 自动控制系统的分类
1.4.1 按输入信号的特点分类
1.4.2 按描述系统的动态方程分类
1.4.3 按系统的参数是否随时间而变化分类
1.4.4 按信号的传递是否连续分类
1.5 自动控制系统的应用实例
1.5.1 炉温控制系统
1.5.2 导弹发射架方位控制系统
1.5.3 计算机控制系统
1.6 自动控制理论发展简史
1.7 对自动控制系统的基本要求
习题
第2章 自动控制系统的数学模型
2.1 控制系统微分方程的建立
2.1.1 机械系统
2.1.2 电系统——RLC串联网络
2.1.3 机电系统
2.2 非线性系统微分方程的线性化
2.2.1 小偏差线性化的概念
2.2.2 非线性系统(元件)线性化处理举例
2.2.3 系统线性化的条件及步骤
2.3 传递函数
2.3.1 传递函数的定义和性质
2.3.2 用复数阻抗法求电网络的传递函数
2.3.3 典型环节及其传递函数
2.4 控制系统的结构图及其等效变换
2.4.1 结构图的基本概念
2.4.2 结构图的组成
2.4.3 结构图的建立
2.4.4 结构图的等效变换
2.5 自动控制系统的传递函数
2.5.1 系统的开环传递函数
2.5.2 闭环系统的传递函数
2.5.3 闭环系统的偏差传递函数
2.6 信号流图
2.6.1 信号流图的基本要素
2.6.2 信号流图的常用术语
2.6.3 信号流图的性质
2.6.4 信号流图的等效变换法则
2.6.5 梅逊(Mason)公式
2.7 脉冲响应函数
2.8 控制系统数学模型的MATLAB实现
2.8.1 MATLAB简介
2.8.2 控制系统的数学模型
2.8.3 应用举例
习题
MATLAB实验
第3章 控制系统的时域分析法
3.1 典型输入信号和时域性能指标
3.1.1 典型输入信号
3.1.2 动态过程与稳态过程
3.1.3 时域性能指标
3.2 一阶系统的动态性能
3.2.1 一阶系统的时域数学模型
3.2.2 一阶系统的重要特性
3.3 二阶系统的动态性能
……
第4章 根轨迹法
第5章 频率特性法
第6章 控制系统的校正
第7章 非线性控制系统
第8章 离散控制系统的分析和综合
附录A 经典控制理论常用词汇中英文对照表
附录B 控制系统分析中的MATLAB常用函数
附录C 拉普拉斯变换及有关性质
参考文献

第1章 控制系统的基本概念
1.1 引言
在现代科学技术发展中,自动控制技术起着越来越重要的作用。所谓自动控制,是指在没有人直接参与的情况下,利用自动控制装置(或称为控制装置或控制器),使机器、设备或生产过程(统称为被控对象)的某个工作状态或参数(称为被控量)自动地按照预定的规律运行。例如,数控车床按照预定的程序自动地切削工件、化学反应炉的温度和压力自动地维持恒定、热轧厂中对金属板厚度的控制、导弹制导系统引导导弹准确命中目标、人造卫星准确地进入预定轨道运行并回收、雷达跟踪系统和指挥仪控制火炮射击的高低和方位等,所有这一切都是以应用高水平的自动控制技术为前提的。
随着自动控制技术的应用和迅猛发展,出现了许多新的问题,这些问题的出现要求从理论上加以解决。自动控制理论正是在解决这些实际技术问题的过程中逐步形成和发展起来的。它是研究有关自动控制问题共同规律的一门技术科学,是自动控制技术的基础理论,根据发展的不同阶段,其内容可分为经典控制理论、现代控制理论和智能控制理论。
经典控制理论以传递函数为基础,研究单输入一单输出的自动控制系统的分析和设计问题,主要研究方法有时域分析法、频率特性法、根轨迹法。
现代控制理论以矩阵理论等近代数学方法作为工具,研究多输入一多输出、时变、非线性等控制系统的分析和设计,其主要研究方法是状态空间法。
目前,自动控制理论还在继续发展,正向以控制论、信息论、仿生学为基础的智能控制理论深入。智能控制理论以人工智能理论为基础,研究具有模糊性、不确定性、不完全性、偶然性的系统。
……