第一章 控制系统设计概述

1.1 自动控制系统的组成及分类

1.1.1 控制系统的组成

目录

1.1.2 自动控制系统分类

1.2 控制系统性能指标

1.3 控制系统设计的基本问题

1.4 控制系统设计方法

参考文献

2.1 系统的数学模型

2.2 控制系统的微分方程描述

第二章 控制系统的数学描述

2.2.1 控制系统常微分方程描述

2.2.2 控制系统微分方程组描述

2.2.3 控制系统状态方程描述

2.3 传递函数及传递函数矩阵

2.3.1 传递函数

2.3.2 传递函数矩阵

2.4 线性化

2.5 脉冲响应函数和脉冲响应函

数矩阵

2.5.1 脉冲响应函数

2.5.2 脉冲响应函数矩阵

函数

2.6.1 电气元件运动方程及其传递函数

2.6 典型元件运动方程及其传递

2.6.2 齿轮传动运动方程及其传

递函数

2.6.3 液面系统运动方程及其传递函数

2.7 频率特性

2.7.1 频率特性定义

2.7.2 典型环节频率特性

2.8 系统方块图

2.9 信号流图

参考文献

3.2 连续信号分析

3.2.1 傅立叶级数及其算法

3.1 引言

第三章 信号分析与处理

3.2.2 傅立叶变换及其性质

3.3 离散信号分析

3.3.1 离散傅立叶变换及其算法

3.3.2 快速傅立叶变换（FFT）及其算法

3.4 随机信号及其响应

3.4.1 概率论的基本概念

3.4.2 随机向量与随机过程

3.4.3 相关系数与相关函数

3.4.4 谱密度

3.4.5 线性系统随机误差计算

3.5 δ函数及其响应

附录

附表3-1 傅立叶变换及其基本性质

附表3-2 常用脉冲及其频谱函数

附表3-3 多项式分式积分表

附表3-4 卷积表

参考文献

第四章 控制系统稳定性

4.1 稳定的定义

4.2 代数稳定判据

4.3 乃魁斯特稳定判据

4.4 李雅普诺夫第二法

4.4.1 李雅普诺夫稳定定理

4.4.2 李雅普诺夫直接法的应用

4.5 波波夫稳定判据

参考文献

第五章 控制系统设计的频率法

5.1 控制系统频域性能指标

5.2 控制系统稳态误差及计算

5.2.1 终值误差

5.2.2 稳态误差系数

5.3 频域与时域性能指标的

关系

5.3.1 二阶系统

5.3.2 高阶系统

5.3.3 系统性能指标的确定

5.4 系统模型的近似处理

率特性的关系

5.5.1 典型Ⅰ型系统开环对数幅频特性与动态性能指标的关系

5.5 系统性能指标与开环对数频

5.5.2 典型Ⅱ型系统开环对数幅频特性与动态性能指标的关系

5.5.3 希望频率特性

5.6 常用控制器及其特性

5.6.1 超前控制器

5.6.2 迟后控制器

5.6.3 迟后-超前控制器

5.7 串联控制器的设计

5.7.1 分析法

5.7.2 综合法（希望特性法）

5.8 并联控制器（反馈校正）的

设计

5.9 复合控制

5.10 过程控制中的PID控制器

5.11 系统设计中应注意的问题

5.12 系统设计举例

5.13 频率响应计算机辅助分析程

序FREQ

5.13.1 基本原理

5.13.2 程序概述

5.13.3 程序使用说明

5.13.4 程序说明

5.13 5 程序清单

5.14 控制系统频域法计算机辅助

设计程序FDESIGN

5.14.1 基本原理

5.14.3 程序使用说明

5.14.2 程序概述

5.14.4 程序说明

5.14.5 程序清单

参考文献

第六章 根轨迹法

6.1 概述

6.2 控制系统的根轨迹

6.3 绘制根轨迹的基本规则

6.4 典型系统的根轨迹

6.5 迟后系统的根轨迹

6.6 参数根轨迹

6.7 根轨迹族（多参数根轨迹）

6.8 零度根轨迹

6.9 离散系统的根轨迹

6.10 应用根轨迹法求解代数方

程的根

6.11 附加零点和极点的作用

6.12 闭环零极点分布与系统性能指标的关系

6.13 超前控制器的设计

6.14 迟后控制器的设计

6.15 迟后-超前控制器的设计

6.16 设计举例

6.17 求取根轨迹的搜索法程

序RT

6.17.1 基本原理

6.17.2 程序概述

6.17.3 程序使用说明

6.17.4 程序说明

6.17.5 程序清单

6.18 控制系统根轨迹法计算机辅助设计程序RDESIGN

6.18.1 基本原理

6.18.2 程序使用说明

6.18.3 程序说明

6.18.4 程序清单

参考文献

第七章 离散系统分析与设计

7.1 基本概念

7.1.1 离散系统

7.1.2 数字控制系统

7.1.3 采样过程

7.1.4 采样定理（Shannon定理）

7.1.5 信号的恢复

7.2 z变换与离散系统的z域分析

7.2.1 z变换

7.2.2 z反变换

7.2.3 用z变换法解差分方程

7.2.4 脉冲传递函数

7.2.5 离散系统的稳定性及判别方法

7.2.6 离散系统的稳态误差

7.2.7 离散系统过渡过程分析

7.3 离散系统的状态空间分析

7.3.1 离散系统的状态变量描述

7.3.2 连续系统状态方程离散化

7.3.3 线性定常离散系统的能控性、能观性及判别法

7.4 线性离散系统设计

7.4.1 采样频率的选择

7.4.2 模拟设计法

7.4.3 模拟控制器（滤波器）离散化方法

7.4.4 各种离散化方法的比较

7.4.5 离散设计法

7.4.6 频域设计法（w平面法）

7.4.7 状态反馈设计法

7.5 数字控制器D（z）的实现

模拟化设计

7.6.1 基本原理

7.6 采样控制系统的计算机辅助

7.6.2 使用说明

参考文献

第八章 非线性控制系统

8.1 非线性控制系统概述

8 1.1 引言

8.1.2 非线性系统特点

8.1.3 典型非线性特性

8.1.4 研究非线性系统的方法

8.2 相平面法

8.2.1 相平面中的奇点

8.2.2 极限环

8.2.3 相轨迹绘制方法

8.2.4 相平面法的应用

8.3 描述函数法

8.3.1 基本概念

8.3.2 描述函数的实验测试

8.3.3 非线性系统的描述函数分析

8.3.4 双描述函数及其应用

8.4 非线性系统统计分析法

8.4.1 非线性特性统计线性化近似方法

8.4.2 应用举例

8.5 继电系统分析方法

8.5.1 继电元件方程

8.5.2 继电系统方程及其特点

8.5.3 采普金法

8.6 非线性控制器

8.6.1 变增益控制系统

8.6.2 Bang-Bang控制系统设计

附录 开关时间的计算方法

参考文献

第九章 多变量系统分析

9.1 转移矩阵及其计算

9.1.1 转移矩阵

9.1.2 时不变系统转移矩阵的计算

9.2 可控性和可达性

9.2.1 可控性和可达性定义及判据

9.2.2 可观性和状态重构定义与判据

9.2.3 系统的约当标准型可控性和可观性

9.2.4 能控能观和传递函数的关系

9.3 对偶原理

9.4 线性变换

9.5 系统的标准型

9.5.1 单输入单输出系统标准型

9.5.2 多输入多输出系统标准型

9.6 多变量系统的结构分解

9.6.1 系统的能控性分解

9.6.2 系统的能观性分解

9.6.3 系统结构的规范型

9.7 系统的实现

实现

9.7.1 单输入-单输出系统的

9.7.2 多输入-多输出系统的

实现

9.7.3 矩阵分解式描述系统的实现

9.7.4 求最小实现的卡尔曼-海曼法

参考文献

第十章 动态系统辨识

10.1 概述

10.1.1 建立数学模型的方法

10.1.2 建模的步骤

10.2 频率特性测试法

10.2.1 测试信号

10.2.3 典型测试线路

10.2.2 输入信号幅值和频率区域的选择

10.2.4 由矩形周期波响应曲线求频率特性

10.3 由实验频率特性求传递

函数

10.3.1 由幅相频率特性曲线求传递函数

10.3.2 由对数频率特性求传递函数

10.4 由阶跃响应曲线求传递

函数

10.4.1 一阶近似法

10.4.2 二阶近似法

10.4.3 半对数坐标法

10.4.5 面积积分法

10.4.4 高阶惯性环节表示法

10.4.6 无自平衡系统的近似法

10.5　由脉冲响应曲线求传递

函数

10.5.1 矩法

10.5.2 z变换法

10.5.3 直接差分法

10.5.4 傅氏级数展开法

10.6 由阶跃响应曲线计算微分方

程式系数

10.7 相关分析法

10.7.1 相关分析法的基本原理

10.7.2 伪随机二位式序列

10.7.3 用M序列辨识线性系统的脉冲响应函数

10.8.1 最小二乘原理

10.8 最小二乘法

10.8.2 线性系统参数模型的最小二乘估计

10.9 辅助变量法

10.10 广义最小二乘法

10.10.1 整批算法

10.10.2 递推算法

10.11 相关-最小二乘法

10.11.1 白噪声输入信号

10.11.2 伪随机二位式输入信号

10.11.3 任意输入信号

10.12 极大似然法

10.13.1 汉格尔（Hankel）矩阵判定法

10.13 模型结构的判定

10.13.2 积矩矩阵判定法

10.13.3 残差平方和判定法

10.13.4 根据残差的独立性判定法

10.13.5 阶次增加时最小二乘估计的递推算法

10.14 闭环系统可辨识条件

10.15 系统辨识程序包

10.15.1 模型结构

10.15.2 输入信号算法

10.15.3 辨识算法

10.15.4 阶次辨识算法

10.15.5 程序包组成及程序框图

10.15.6 程序清单

10.15.7 使用说明

10.15.8 举例

参考文献

第十一章 最优控制

11.1 线性规划

11.1.1 线性规划的数学模型

11.1.2 线性规划问题的几种

特殊情况

11.1.3 单纯形算法及程序

11.2 非线性规划

11.2.1 非线性规划的数学模型

11.2.2 单纯形加速法

11.2.3 不等式约束条件下多变量函数寻优

11.2.4 拉格朗日乘子法寻优程序

11.4.1 泛函无约束极值问题

11.3 最优控制的数学模型

11.4 欧拉方程

11.4.2 有约束条件的泛函极值问题

11.4.3 边界条件

11.5 变分法求解最优控制问题

11.6 极大值原理及应用

11.6.1 极大值原理

11.6.2 最短时间控制

11.6.3 最少燃料消耗控制

11.6.4 最小能量控制

11.7 二次型性能指标的

最优控制

11.7.1 状态控制器

11.7.2 输出控制器

11.7.3 跟踪问题

11.7.4 线性定常系统最优控制

仿真程序

11.8 离散系统的欧拉方程

11.9 离散极大值原理

11.10 离散线性控制器

11.11 离散系统最短时间控制

11.12 动态规划

11.12.1 最优化原理

11.12.2 离散系统的动态规划方程

11.12.3 动态规划法解离散线性二次型问题

滤波器

11.13 离散系统的最优线性

11.14 连续系统的最优线性

滤波器

参考文献

第十二章 自适应控制系统

12.1 自适应控制系统的

基本结构

12.2 模型参考自适应控制系

统局部参数最优化设

计法

12.2.1 具有可调增益的系统

（MIT方案）

12.2.2 单输入单输出系统

12.2.3 多变量系统

12.3 基于李雅普诺夫稳定理论

设计模型参考自适应控制

系统

12.3.1 被控对象的全部状态能直接获取时自适应控制系统设计

12.3.2 根据对象的输入输出

设计自适应控制系统

12.4 按超稳定理论设计模型

参考自适应控制系统

12.4.1 基本设计步骤

12.4.2 用状态方程描述的并联模型参考自适应系统设计

12.4.3 用输入输出测量值设计模型参考自适应控制系统

12.5.1 被控对象的数学模型

12.5 最小方差控制

12.5.2 最小方差预报律

12.5.3 最小方差控制律

12.6 最小方差自校正调节器

12.7 极点配置自校正调节器

参考文献

第十三章 控制系统仿真技术

13.1 概述

13.2 模拟仿真

13.2.1 相似原理与模拟仿真

13.2.2 模拟仿真系统的构成

13.2.3 模拟仿真排题图

13.2.4 上机运算步骤

13.3.1 数值积分法概述

13.3 数值积分法数字仿真

13.3.2 积分方法、阶数和步长选择

13.3.3 数值积分法程序框图和仿真程序

13.3.4 应用举例

13.4 结构图法数字仿真

13.4.1 结构方块图转化为状态方程

13.4.2 结构图法数字仿真程序框图及说明

13.4.3 应用举例

13.5 连续系统离散相似法

数字仿真

13.5.1 连续系统的离散化

13.5.2 典型环节的离散系数和差分方程

13.5.3 离散相似法仿真程序结构

13.5.4 非线性特性的仿真

13.5.5 离散相似法仿真程序

13.5.6 应用举例

13.6 采样控制系统的数字仿真

13.6.1 数字控制器的仿真

13.6.2 延迟环节的数字仿真

13.6.3 采样系统的数字仿真

13.6.4 采样系统仿真程序及计算

举例

13.7 仿真程序包与仿真语言

13.7.1 ZFX仿真程序包

13.7.2 ZFX程序包应用举例

13.7.3 DARE-P仿真语言

13.7.4 仿真语言应用举例

参考文献

附录

附录一 向量和矩阵的微分

与积分

A1.1 相对于数量变量的微分法

A1.2 相对于向量的微分法

A1.3 相对于矩阵的微分法

A1.4 复合函数的微分法

A1.5 矩阵的积分

附录二 矩阵恒等式

附录三 拉普拉斯变换和z

变换表

表A4-1 无源校正网络

附录四 校正装置

表A4-2 有源校正装置

表A4-3 机械校正装置

表A4-4 液压校正装置

附录五 几个常用计算程序

A5.1 矩阵求逆程序

A5.2 函数DET子程序

A5.3 CHREQ子程序

A5.4 CHREQA子程序

A5.5 SIMEQ子程序

A5.6 STMST子程序

A5.7 MULT子程序

A5.8 基本矩阵计算程序