控制系统动力学讲义

本书涵盖了控制系统的基本概念和基本方法。首先介绍了控制系统常用的基本元件和基本概念、拉普拉斯变换及其逆变换、传递函数及频率特性。随后给出了常系数线性系统分析与设计的解析方法和频域方法，包括稳定性和李雅普诺夫第二方法、特性曲线、米哈伊洛夫判据及稳定性区域划分、反馈系统及其镇定，讨论了调节系统的品质指标、校正综合以及根轨迹法及其应用。最后介绍了非线性系统的分析方法包括相空间方法、谐波平衡法，刻画了非线性特性对随动系统的影响。

目录
前言
第1章绪论1
1.1引言1
1.1.1自动控制在我国社会主义建设与国防事业中的作用1
1.1.2控制系统动力学的任务2
1.1.3控制系统动力学与其他学科之关系4
1.1.4研究与学习控制系统动力学的方法5
1.1.5自动控制的简单发展史6
1.2控制系统中常用的基本元件8
1.2.1控制系统的动作机理与职能元件8
1.2.2控制对象9
1.2.3敏感元件与比较元件19
1.2.4放大机构23
1.2.5校正与变换元件34
1.3控制系统举例43
1.3.1直流随动系统43
1.3.2汽轮机调速系统45
1.3.3飞机纵向自动驾驶仪方程48
1.4控制系统动力学中的基本概念49
1.4.1控制系统的一些分类49
1.4.2两种常见的控制原则53
1.4.3其他一些基本概念54
1.5思考题与习题54
第2章拉普拉斯变换传递函数与频率特性58
2.1拉普拉斯变换介绍58
2.1.1拉普拉斯变换及其逆变换58
2.1.2拉普拉斯变换的基本性质61
2.1.3一个广义函数及其性质65
2.1.4一个拉普拉斯变换小字典与有理函数像的原函数求法68
2.1.5代数多项式的近似因式分解71
2.1.6应用拉普拉斯变换解常系数线性微分方程78
2.2传递函数及结构变换81
2.2.1单位脉冲响应及其意义81
2.2.2传递函数及其运算与结构变换规则83
2.2.3系统的动力学环节与结构图87
2.2.4三个系统的结构图92
2.3频率特性及其描述95
2.3.1频率特性及其物理意义95
2.3.2初等环节之频率特性97
2.3.3对数频率特性及其某些规定106
2.3.4几个初等环节的对数特性曲线109
2.3.5若干环节串联后之对数特性的绘制113
2.4思考题与习题119
第3章常系数线性系统(一)——解析方法124
3.1常系数线性系统的稳定性124
3.1.1常系数线性系统的特征124
3.1.2系统稳定性与渐近稳定性之概念125
3.1.3常系数线性系统的解的结构127
3.1.4特征根实部符号之判定——赫尔维茨(Hurwitz)判据130
3.1.5赫尔维茨判据的一种算表——劳斯(Routh)表133
3.2系统稳定参数之选择135
3.2.1参数空间的稳定性区域与具一定稳定裕度之区域135
3.2.2三阶系统141
3.3李雅普诺夫第二方法与扰动解估计145
3.3.1李雅普诺夫第二方法基础145
3.3.2李雅普诺夫第二方法与线性系统之扰动解之估计149
3.3.3线性系统理论之可用性152
3.4线性常系数系统设计的解析方法154
3.4.1积分平方误差问题的提法154
3.4.2积分平方误差的计算I158
3.4.3积分平方误差的计算II160
3.4.4昀优参数选择与例165
3.5思考题与习题169
第4章常系数线性系统(二)——频率法、根轨迹法172
4.1特征曲线、米哈伊洛夫判据与稳定性区域划分172
4.1.1特征曲线与米哈伊洛夫判据172
4.1.2单参数区域划分、临界放大系数175
4.1.3双参数区域的D-域分划规则180
4.2反馈系统及其镇定184
4.2.1柯西辐角原理与奈奎斯特(Nyquist)判据184
4.2.2对数特性下的判据188
4.2.3随动系统之串联镇定191
4.3调节系统的过渡过程及其品质指标197
4.3.1调节系统的品质指标197
4.3.2频率特性与过渡过程之关系201
4.3.3梯形法建立过渡过程曲线与品质之近似判定205
4.3.4计算过渡过程之例215
4.4调节系统的校正综合217
4.4.1综合的基本思想217
4.4.2昀佳过渡过程及对应传递函数与频率特性218
4.4.3预期频率特性的建立223
4.4.4串联校正综合227
4.4.5反馈校正232
4.4.6反馈校正之例238
4.5根轨迹法的建立与应用243
4.5.1根轨迹与根轨迹法的建立243
4.5.2建立根轨迹图之例250
4.5.3借助于根轨迹图进行计算I252
4.5.4利用根轨迹图法进行计算II257
4.5.5昀后的算例262
4.6思考题与习题268
第5章非线性控制系统分析273
5.1非线性系统通论273
5.1.1非线性系统的一般特征273
5.1.2控制系统中原件的非线性特性276
5.2研究非线性系统的相空间方法280
5.2.1相平面上的奇点281
5.2.2有死区与间隙的继电伺服系统284
5.2.3自振与点变换方法289
5.2.4点变换之例293
5.3谐波平衡法与求自振297
5.3.1谐波平衡法基础297
5.3.2谐波线性化与等效放大系数300
5.3.3应用米哈伊洛夫曲线及代数判据确定非线性系统中的自振305
5.3.4周期解之稳定性与自振308
5.3.5利用等效放大系数曲线确定自振及判断其稳定性的频率方法311
5.4非线性特性对随动系统的影响313
5.4.1随动系统方程313
5.4.2电动机输出力矩有饱和之问题316
5.4.3电动机输出力矩有死区有饱和的情形320
5.4.4干摩擦的影响323
5.4.5平方阻尼之影响326
5.4.6传动机构有间隙的影响327
5.5思考题与习题333
参考文献337
后记338