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自动控制原理简明教材胡寿松图书目录前言第一章控制系统导论1-1 自动控制的基本原理1-2 自动控制系统示例1-3 自动控制系统的分类1-4 自动控制系统的基本要求习题第二章控制系统的数学模型2-1 傅里叶变换与拉普拉斯变换2-2 控制系统的时域数学模型2-3 控制系统的复数域数学模型2-4 控制系统的结构图与信号流图2-5 数学模型的实验测定法习题第三章线性系统的时域分析法3-1 系统的时域性能指标3-2 一阶系统的时域分析3-3 二阶系统的时域分析3-4 高阶系统的时域分析3-5 线性系统的稳定性分析3-6 线性系统的稳态误差计算习题第四章线性系统的根轨迹法4-1 根轨迹法的基本概念4-2 常规根轨迹的绘制法则4-3 广义根轨迹4-4 系统性能的分析习题第五章线性系统的频域分析法5-1 频率特性5-2 典型环节与开环系统频率特性5-3 频域稳定判据5-4 频域稳定裕度5-5 闭环系统的频域性能指标习题第六章线性系统的校正方法6-1 系统的设计与校正问题6-2 常用校正装置及其特性6-3 串联校正6-4 反馈校正习题第七章线性离散系统的分析7-1 离散系统的基本概念7-2 信号的采样与保持7-3 ｚ变换理论7-4 离散系统的数学模型7-5 离散系统的稳定性与稳态误差7-6 离散系统的动态性能分析习题第八章非线性控制系统分析8-1 非线性控制系统概述8-2 常见非线性特性及其对系统运动的影响8-3 描述函数法习题。
胡寿松<自动控制原理>第四版学习大纲参考书：自动控制原理(第四版) 胡寿松主编科学出版社2001年第一章自动控制的一般概念知识点：控制系统的一般概念：名词术语控制系统的分类、组成典型外作用对控制系统的基本要求基本要求：掌握反馈控制的基本原理根据系统工作原理图绘制方块图第二章控制系统的数学模型知识点：控制系统动态微分方程的建立拉普拉斯变换法求解线性微分方程的零初态响应与零输入响应运动模态的概念传递函数的定义和性质、典型元部件传递函数的求法系统结构图的绘制、等效变换、梅森公式在结构图和信号流图中的应用基本要求：利用复阻抗的概念建立无源网络的结构图熟悉控制系统常用元部件的传递函数掌握控制系统结构图的绘制方法及串联、并联、反馈三种基本等效变换用等效变换方法或梅森公式求系统结构图或信号流图的各种传递函数第三章线性系统的时域分析法知识点：控制系统时域动态性能指标的定义与计算误差的定义与稳态误差的计算系统稳定性的定义与判断法则系统动态性能分析基本要求：一阶系统阶跃响应的求法、一阶系统动态性能指标的计算公式推导典型欠阻尼二阶系统动态性能指标的计算、性能指标与特征根的关系改善二阶系统动态性能指标的方法主导极点与偶极子的概念及其应用劳斯判据及其应用静态误差系数、系统型别、稳态误差的计算扰动引起的误差的定义与计算方法减小和消除稳态误差的方法不作要求的内容:非零初始条件下二阶系统的响应过程(Pg101)高阶系统的动态性能估算(Pg106)赫尔维茨稳定判据(Pg111)动态误差系数(Pg125)、采用串级控制抑制内回路扰动(Pg131)第四章线性系统的根轨迹法知识点：根轨迹的基本概念根轨迹的模值条件与相角条件根轨迹绘制的基本法则广义根轨迹系统性能的分析基本要求：由系统的特征方程求开环增益从零到无穷变化时的根轨迹方程（或开环零点、或开环极点从零到无穷变化）根轨迹的模值方程与相角方程的几何意义零度根轨迹与180度根轨迹的绘制法则由根轨迹分析系统稳定性、分析参数变化对系统运动模态的影响不作要求的内容:根轨迹簇的绘制(Pg157)第五章线性系统的频域分析法知识点：频率特性的概念及其图示法开环频率特性的绘制稳定裕度基本要求：频率特性的计算方法（切记：稳定系统正弦响应的稳态分量，是与输入同频率的正弦信号，其幅值和相角均随输入信号的频率而改变；其稳态误差也是与输入同频率的正弦信号，其幅值和相角也随输入正弦的频率而改变）典型环节的频率特性，其中振荡环节的两组特征点要记住开环系统幅相曲线的绘制、对数频率特性曲线的绘制，对数坐标系的应用由最小相角系统的对数幅频渐近曲线求传递函数的方法奈奎斯特稳定判据及对数稳定判据稳定裕度的物理意义及计算方法不作要求的内容:对数幅相曲线（Pg175）、例5-5(Pg185)Pg195第10行~Pg196第8行、确定性信号的频谱(Pg206)随机信号的频谱（Pg208）、确定闭环频率特性的图解方法(Pg209)第六章线性系统的校正方法知识点：系统的设计与校正问题常用校正装置及其特性串联校正复合校正基本要求：串联超前校正网络的设计方法、串联滞后校正网络的设计方法串联滞后-超前校正网络的设计、PID校正的特点复合校正网络的设计不作要求的内容:串联综合法校正(Pg244)串联工程设计方法(Pg249)反馈校正(Pg251)第七章线性离散系统的分析与校正知识点：离散系统的基本概念信号的采样与保持Z变换理论离散系统的数学模型离散系统的稳定性与稳态误差动态性能分析离散系统的数字校正基本要求：采样与保持的物理描述与数学描述、香农采样定理零阶保持器的数学描述及其频率特性差分方程的概念、差分方程的建立与求解脉冲传递函数的概念、用Z变换方法求系统的输出响应Z域稳定判据、W域稳定判据、朱利稳定判据离散系统的性能分析第八章非线性控制系统分析知识点：非线性控制系统概述常见非线性特性及其对系统运动的影响相平面法描述函数法基本要求：线性系统的相轨迹、等倾线法、开关线、奇点及其类型，非线性系统的相轨迹非线性系统的等效变换负倒描述函数曲线的绘制非线性系统稳定性的判断自激振荡的判断及自振参数的确定不作要求的内容:由相轨迹绘制时间响应曲线非线性控制的逆系统方法。
第 一 章1-1 图1-2是液位自动控制系统原理示意图。
在任意情况下，希望液面高度c 维持不变，试说明系统工作原理并画出系统方块图。
图1-2 液位自动控制系统解：被控对象：水箱；被控量：水箱的实际水位；给定量电位器设定水位r u （表征液位的希望值r c ）；比较元件：电位器；执行元件：电动机；控制任务：保持水箱液位高度不变。
工作原理：当电位电刷位于中点（对应r u ）时，电动机静止不动，控制阀门有一定的开度，流入水量与流出水量相等，从而使液面保持给定高度r c ，一旦流入水量或流出水量发生变化时，液面高度就会偏离给定高度r c 。
当液面升高时，浮子也相应升高，通过杠杆作用，使电位器电刷由中点位置下移，从而给电动机提供一定的控制电压，驱动电动机，通过减速器带动进水阀门向减小开度的方向转动，从而减少流入的水量，使液面逐渐降低，浮子位置也相应下降，直到电位器电刷回到中点位置，电动机的控制电压为零，系统重新处于平衡状态，液面恢复给定高度r c 。
反之，若液面降低，则通过自动控制作用，增大进水阀门开度，加大流入水量，使液面升高到给定高度r c。
系统方块图如图所示：1-10 下列各式是描述系统的微分方程，其中c(t)为输出量，r (t)为输入量，试判断哪些是线性定常或时变系统，哪些是非线性系统?（１）222)()(5)(dt t r d t t r t c ++=；（２）)()(8)(6)(3)(2233t r t c dt t dc dt t c d dt t c d =+++； （３）dt t dr t r t c dt t dc t )(3)()()(+=+； （４）5cos )()(+=t t r t c ω； （５）⎰∞-++=t d r dt t dr t r t c ττ)(5)(6)(3)(；（６）)()(2t r t c =；（７）⎪⎩⎪⎨⎧≥<=.6),(6,0)(t t r t t c解：（1）因为c(t)的表达式中包含变量的二次项2()r t ，所以该系统为非线性系统。
（一） 自动控制的一般概念1． 自动控制和自动控制系统的基本概念，负反馈控制的原理；2． 控制系统的组成与分类；3． 根据实际系统的工作原理画控制系统的方块图。
（二） 控制系统的数学模型1． 控制系统微分方程的建立，拉氏变换求解微分方程。
2． 传递函数的概念、定义和性质。
3． 控制系统的结构图，结构图的等效变换。
4． 控制系统的信号流图，结构图与信号流图间的关系，由梅逊公式求系统的传递函数。
（三）线性系统的时域分析1． 稳定性的概念，系统稳定的充要条件，Routh 稳定判据。
2． 稳态性能分析（1） 稳态误差的概念，根据定义求取误差传递函数，由终值定理计算稳态误差；（2） 静态误差系数和动态误差系数，系统型别与静态误差系数，影响稳态误差的因素。
3．动态性能分析（1） 一阶系统特征参数与动态性能指标间的关系；（2） 典型二阶系统的特征参数与性能指标的关系；（3） 附加闭环零极点对系统动态性能的影响；（4） 主导极点的概念，用此概念分析高阶系统。
（四）线性系统的根轨迹法1． 根轨迹的概念，根轨迹方程，幅值条件和相角条件。
2． 绘制根轨迹的基本规则。
3． 0o 根轨迹。
非最小相位系统的根轨迹及正反馈系统的根轨迹的画法。
4． 等效开环传递函数的概念，参数根轨迹。
5． 用根轨迹分析系统的性能。
（五）线性系统的频域分析1． 频率特性的定义，幅频特性与相频特性。
2． 用频率特性的概念分析系统的稳态响应。
3． 频率特性的几何表示方法。
（1） 典型环节及开环系统幅相频率特性曲线（又称奈氏曲线或极坐标图）的画法。
（2） 典型环节及开环系统对数频率特性曲线（Bode 图）的画法。
（3） 由对数幅频特性求最小相位系统的开环传递函数。
（4） 描述频率特性的对数幅相曲线（尼柯尔斯曲线）4． Nquisty 稳定性判据。
（1） 根据奈氏曲线判断系统的稳定性，运用判断式N P Z 2-=（ω从零到无穷大变化，-+-=N N N ）或N P Z -=（ω从∞-～ω+）；（2） 由对数频率特性判断系统的稳定性；5． 稳定裕量（1） 当系统稳定时，系统相对稳定性的概念。
4-1 设单位反馈控制系统的开环传递函数 1)(+=∗s K s G试用解析法绘出∗K 从零变到无穷时的闭环根轨迹图，并判断下列点是否在根轨迹上： （－２＋ｊ０）， （０＋ｊ１）， （－３＋ｊ２） 解：有一个极点：（－1＋ｊ０），没有零点。
根轨迹如图中红线所示。
（－２＋ｊ０）点在根轨迹上，而（０＋ｊ１）， （－３＋ｊ２）点不在根轨迹上。
4-2 设单位反馈控制系统的开环传递函数 )12()13()(++=s s s K s G 试用解析法绘出开环增益K 从零增加到无穷时的闭环根轨迹图。
解：系统开环传递函数为)2/1()3/1()2/1()3/1(2/3)(++=++=s s s K s s s K s g G 有两个极点：（0＋ｊ０），（－1/2＋ｊ０），有一个零点（-1/3，j0）。
根轨迹如图中红线所示。
4-3 已知开环零、极点分布如图4-28所示，试概略绘出相应的闭环根轨迹图。
图4-28 开环零、极点分布图4-4 设单位反馈控制系统开环传递函数如下，试概略绘出相应的闭环根轨迹图(要求确定分离点坐标d)： (1) )15.0)(12.0()(++=s s s Ks G解：系统开环传递函数为)2)(5()2)(5(10)(++=++=s s s K s s s Ks g G 有三个极点：（0＋ｊ０），（－2＋ｊ０），（－5＋ｊ０）没有零点。
分离点坐标计算如下：051211=++++d d d 3解方程的010142=++d d 7863.31−=d ，d 88.02−=取分离点为88.0−=d根轨迹如图中红线所示。
（2） )12()1()(++=s s s K s G解：系统开环传递函数为)5.0()1()5.0()1(2/)(++=++=s s s K s s s K s g G有两个极点：（0＋ｊ０），（－0.5＋ｊ０），有一个零点（－1＋ｊ０）。
分离点坐标计算如下：115.011+=++d d d 解方程的05.022=++d d 7.11−=d ，d 29.02−=取分离点为7.11−=d ，29.02−=d 根轨迹如图中红线所示。
