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根据 高等学校自动化类专业教学指导委员会关于“拟通过精简内容大幅度减少专业基础课课时”的教改部署，考虑***与系统（包括控制系统）的有机联系和紧密相关性，以及“***分析与处理”（或“***与系统”）、“自动控制原理”和“现代控制理论”具有共同的数学基础，将上述三门课程的内容通过梳理整合，编写成为本书。本书主要内容包括数学基础、***、系统、控制四部分。数学基础部分介绍时域、频域、复频域三个讨论域相互变换的数学问题，***和系统以及它们的联系在***、系统部分按时域、频域、复频域分别讨论，控制系统的特定分析方法及综合方法单独在控制部分介绍。

本书有别于传统同类教材，具有体系新颖、理论联系实际和较强的实用性等特点，本书可作为普通高校自动化类、电气类等专业的教材，也可作为相关技术人员的学习参考资料。

本书配有电子课件，欢迎选用本书作教材的教师登录www.cmpedu.com注册下载，或发邮件至jinacmp@163.com索取。

前言

章绪论1

节***1

一、***的概念1

二、***的分类3

第二节系统5

一、系统的描述5

二、系统的性质6

第三节控制系统10

一、自动控制的基本原理10

二、自动控制的基本形式11

三、自动控制系统的基本组成12

四、自动控制系统的基本性能要求13

五、自动控制系统所要研究的问题14

本章要点15

习题15

第二章数学基础17

节傅里叶变换17

一、连续傅里叶变换(CFT)17

二、离散时间傅里叶变换(DTFT)31

三、离散傅里叶变换(DFT)36

四、快速傅里叶变换(FFT)41

第二节拉普拉斯变换48

一、从傅里叶变换到拉普拉斯变换48

二、拉普拉斯变换的收敛域49

三、拉普拉斯变换的性质51

四、单边拉普拉斯变换53

第三节Z变换54

一、从离散时间傅里叶变换(DTFT)到Z变换54

二、Z变换的收敛域55

三、Z变换的性质57

四、单边Z变换61

第四节几个数学变换之间的关系63

一、拉普拉斯变换与傅里叶变换的关系64

二、Z变换与傅里叶变换的关系65

三、Z变换与拉普拉斯变换的关系67

第五节应用MATLAB的积分变换67

一、傅里叶变换67

二、拉普拉斯变换及其反变换69

本章要点72

习题72

第三章***的时域描述与分析77

节连续***的时域描述和计算77

一、连续***的描述77

二、典型连续***78

三、连续***的时域运算82

四、连续***的时域分解87

第二节离散***的时域描述和计算91

一、连续***的采样和恢复91

二、离散***的描述94

三、离散***的时域运算97

第三节***的相关分析103

一、连续***的相关分析103

二、两序列相关运算107

第四节应用MATLAB进行***的时域描述和分析107

本章要点113

习题113

第四章***的频域描述与分析116

节连续时间***的频域描述与分析116

一、周期***的频谱分析116

二、非周期***的频谱分析123

第二节离散***的频域分析129

一、周期***的频域分析129

二、非周期***的频域分析134

三、4种***频谱分析小结136

四、应用DFT和FFT的频谱分析138

第三节应用MATLAB的***频域分析142

本章要点147

习题148

第五章系统的时域分析151

节线性系统的时域描述和分析151

一、线性系统的时域响应151

二、线性连续系统的响应152

三、线性离散系统的响应155

第二节线性系统状态空间描述和分析157

一、线性系统状态空间描述158

二、线性系统状态空间分析165

三、线性系统的结构特性分析170

第三节双转子直升机系统188

一、双转子直升机系统的模型188

二、时域分析191

第四节应用MATLAB的积分变换192

本章要点194

习题195

第六章系统的频域描述与分析202

节系统的频率特性202

一、频率特性的基本概念202

二、系统的频率响应203

三、利用系统频率特性求系统响应204

第二节系统频率特性的几何表示法208

一、幅相频率特性曲线208

二、伯德图211

第三节应用MATLAB的系统频域分析217

一、连续系统的频率特性217

二、离散系统的频率特性219

本章要点221

习题221

第七章系统的复频域描述与分析222

节系统传递函数222

一、连续系统的传递函数222

二、离散系统的脉冲传递函数224

三、传递函数矩阵225

第二节复频域分析228

一、连续系统复频域分析228

二、离散系统复频域分析236

第三节实例:双转子直升机系统的传递函数241

第四节应用MATLAB的系统复频域分析242

一、连续系统242

二、离散系统246

本章要点249

习题249

第八章滤波器251

节滤波器概述251

一、滤波及滤波器的基本原理251

二、滤波器的分类252

三、滤波器的技术要求253

第二节模拟滤波器255

一、概述255

二、巴特沃思(Butterworth)低通滤波器256

三、切比雪夫(Chebyshev)低通滤波器259

四、频率变换264

五、无源滤波器267

第三节数字滤波器的设计268

一、概述268

二、无限冲激响应(IIR)数字滤波器的设计方法269

三、有限冲激响应(FIR)数字滤波器275

第四节应用MATLAB的滤波器设计280

一、模拟滤波器设计280

二、数字滤波器设计284

本章要点291

习题291

第九章控制系统的稳定性分析293

节控制系统的稳定性293

一、稳定性的基本概念293

二、外部稳定性及其充要条件293

三、内部稳定性(李雅普诺夫稳定性)294

第二节外部稳定性分析296

一、代数判据296

二、频域判据300

三、相对稳定性分析306

四、离散系统的稳定性307

第三节李雅普诺夫稳定性分析311

一、李雅普诺夫 法311

二、李雅普诺夫第二法312

三、线性定常系统渐近稳定的判别315

第四节实例:双转子直升机系统稳定性分析318

一、代数判据分析318

二、奈奎斯特稳定性判据分析319

三、李雅普诺夫方法分析320

第五节应用MATLAB的控制系统稳定性分析321

本章要点323

习题324

第十章控制系统的稳态性能分析328

节控制系统误差328

一、线性定常连续系统的稳态误差328

二、线性定常离散系统的稳态误差332

第二节连续系统的误差分析332

一、连续系统的型别332

二、连续系统静态误差系数法333

第三节离散系统的误差分析337

一、离散系统的型别337

二、离散系统静态误差系数法338

第四节实例:双转子直升机系统的稳态性能分析340

一、按误差定义分析341

二、静态误差系数法分析341

三、扰动作用下的双转子直升机系统稳态性能分析342

第五节应用MATLAB的控制系统误差分析343

本章要点346

习题346

第十一章控制系统的动态性能分析349

节根轨迹法分析349

一、根轨迹基本原理350

二、根轨迹绘制规则352

三、利用根轨迹分析系统性能362

第二节频率法分析369

一、闭环系统的频域性能指标369

二、闭环系统频域与时域指标转换370

三、利用开环频率特性分析系统性能374

第三节实例:双转子直升机控制系统的动态性能分析380

一、根轨迹法分析381

二、频率法分析382

第四节应用MATLAB的控制系统动态性能分析383

本章要点386

习题387

第十二章控制系统的综合391

节控制系统的设计和校正问题391

一、校正的概念391

二、校正的基本方式391

第二节串联校正392

一、频率法串联校正392

二、根轨迹法串联校正400

第三节PID控制408

一、PID控制概述408

二、PID控制器参数设计411

第四节控制系统的数字校正415

一、数字化模拟控制器415

二、 少拍控制系统419

第五节实例:双转子直升机控制系统校正428

一、频率法串联校正429

二、根轨迹法串联校正430

第六节应用MATLAB的控制系统综合433

本章要点439

习题439

第十三章状态空间法综合441

节状态反馈控制系统441

一、状态反馈控制系统构成441

二、状态反馈控制系统实现极点任意配置的条件442

三、单输入系统极点配置算法443

四、输出反馈控制系统的局限性445

第二节状态观测器447

一、状态观测器447

二、引入观测器的状态反馈控制系统455

第三节实例:双转子直升机控制系统状态反馈控制457

一、状态反馈控制457

二、具有状态观测器的状态反馈控制458

第四节应用MATLAB的状态空间法综合459

本章要点465

习题465

参考文献469

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