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上册2

上篇 基本认识2

第1章 对信号的基本认识2

章节知识框架2

教学目的与要求2

导入案例3

1.1信号的描述与分类3

1.1.1什么是信号3

1.1.2信号的分类4

1.2信号的基本特性与运算8

1.2.1信号的基本特性8

1.2.2信号的基本运算8

1.2.3信号的分解与合成13

1.3奇异信号15

1.3.1连续时间阶跃信号15

1.3.2连续时间冲激（脉冲）信号17

1.3.3关于广义函数18

1.3.4阶跃序列和脉冲序列19

1.4正弦信号20

本章小结21

习题1.22

第2章 对系统的基本认识24

章节知识框架24

教学目的与要求24

导入案例25

2.1什么是系统25

2.1.1系统及其基本问题25

2.1.2系统的模型与表示25

2.2系统的特性与分类26

2.2.1系统的特性26

2.2.2系统的分类28

2.3系统的校正30

2.3.1系统的校正及其作用31

2.3.2系统校正的基本方法32

本章小结32

习题233

第3章 对控制的基本认识36

章节知识框架36

教学目的与要求36

导入案例37

3.1控制的主要目的37

3.2控制的基本方式38

3.2.1开环控制38

3.2.2闭环控制40

3.3控制的基本要求42

3.3.1典型输入信号与典型初始状态42

3.3.2控制的基本要求43

本章小结45

习题346

第4章 系统数学模型的建立48

章节知识框架48

教学目的与要求49

导入案例49

4.1由系统原理图画功能图49

4.2建立系统微分方程的一般方法50

4.2.1基本方法51

4.2.2动态结构图的等效变换63

4.2.3信号流图与Mason公式69

4.3系统的传递函数（系统函数）73

4.3.1系统的开环传递函数73

4.3.2系统的闭环传递函数73

4.3.3系统的误差传递函数74

4.4系统数学模型的试验测定75

4.4.1试验测定数学模型的主要方法75

4.4.2时域测定法76

4.5系统的模拟80

4.5.1连续系统的模拟80

4.5.2离散系统的模拟83

本章小结84

习题4.84

中篇 经典分析方法90

第5章 信号与系统控制的时域分析法90

章节知识框架90

教学目的与要求90

导入案例91

5.1时域分析法及其特点91

5.1.1什么是时域分析法（时域指标）91

5.1.2时域分析法的主要特点93

5.2系统时域解的结构93

5.2.1自由响应与强迫响应93

5.2.2零输入响应与零状态响应94

5.2.3瞬态响应与稳态响应96

5.3连续信号与系统控制的时域分析96

5.3.1连续时间信号的时域分析96

5.3.2用卷积积分法求零状态响应105

5.3.3一、二阶系统的时域分析114

5.3.4高阶系统的时域分析124

5.3.5连续系统的稳定性分析126

5.3.6连续系统的稳态误差分析133

5.4离散信号与系统的时域分析143

5.4.1离散时间基本信号143

5.4.2离散时间系统的差分方程及其求解159

5.4.3用卷积和求零状态响应161

本章小结163

习题5164

第6章 信号与系统控制的频域分析法172

章节知识框架172

教学目的与要求172

导入案例173

6.1频域分析法及其特点173

6.1.1什么是频域分析法173

6.1.2频域分析法的特点174

6.2连续信号与系统控制的频域分析174

6.2.1信号的正交分解174

6.2.2周期信号的傅里叶级数176

6.2.3周期信号的频谱182

6.2.4非周期信号的傅里叶变换187

6.2.5傅里叶变换的性质194

6.2.6周期信号的傅里叶变换201

6.2.7抽样定理203

6.2.8连续系统的频域分析210

6.2.9连续系统的频率特性与实验测定219

6.2.10 Nyquist稳定判据与对数频率稳定判据243

6.2.11系统Bode图的三频段分析与闭环特性254

6.2.12系统频域指标与时域指标之间的关系262

6.3离散信号与系统控制的频域分析264

6.3.1周期信号的离散时间傅里叶级数（DTFS）265

6.3.2非周期信号的离散时间傅里叶变换（DTFT）269

6.3.3周期序列的离散时间傅里叶变换276

6.3.4离散时间傅里叶变换的性质278

6.3.5离散傅里叶变换（DFT）285

6.3.6快速傅里叶变换（FFT）简介293

6.3.7离散系统的频域分析295

本章小结302

习题6304

第7章 信号与系统控制的复频域分析法318

章节知识框架318

教学目的与要求318

导入案例319

7.1复频域分析法及其特点319

7.1.1什么是复频域分析法319

7.1.2复频域分析法的主要特点320

7.2连续信号与系统的复频域分析320

7.2.1拉普拉斯变换320

7.2.2用拉普拉斯变换法求解微分方程332

7.2.3 RLC系统的复频域分析335

7.2.4闭环系统的根轨迹339

7.2.5利用根轨迹分析系统的性能353

7.3离散信号与系统控制的复频域分析361

7.3.1 Z变换361

7.3.2用Z变换解差分方程384

7.3.3信号的采样与恢复389

7.3.4离散系统的脉冲传递函数392

7.3.5离散系统的表示和模拟399

7.3.6离散系统的频率响应405

7.3.7离散系统的性能分析409

本章小结422

习题7425

1～7章部分习题参考答案437

下册457

第8章 系统的校正与设计457

章节知识框架457

教学目的与要求457

导入案例458

8.1系统校正与设计概述458

8.1.1系统校正与设计的基本步骤458

8.1.2系统校正与设计的性能指标459

8.1.3系统校正的方式、方法和控制规律460

8.2常用校正装置及其特性463

8.2.1无源校正装置463

8.2.2有源校正装置467

8.3串联校正装置的频域设计468

8.3.1超前校正的设计469

8.3.2滞后校正的设计470

8.3.3滞后一超前校正的设计472

8.4反馈校正474

8.4.1反馈校正的主要作用474

8.4.2反馈校正设计举例477

8.5复合校正478

8.5.1按输入补偿的复合校正479

8.5.2按干扰补偿的复合校正481

8.6根轨迹法在系统校正中的应用482

8.6.1用根轨迹法设计超前校正482

8.6.2用根轨迹法设计滞后校正484

8.7 MATLAB在系统校正设计中的应用487

8.7.1 MATLAB概述487

8.7.2 MATLAB相关函数介绍487

8.7.3 MATLAB在根轨迹校正设计中的应用489

8.7.4 MATLAB在频率响应校正设计中的应用492

本章小结496

习题8.498

第9章 非线性控制系统的分析500

章节知识框架500

教学目的与要求500

导入案例501

9.1典型非线性特性及其对系统性能的影响501

9.2非线性控制系统的分析方法504

9.2.1相平面法505

9.2.2非线性控制系统的相平面分析512

9.2.3描述函数法517

9.2.4用描述函数法分析非线性系统523

本章小结528

习题9.530

下篇 现代分析方法534

第10章 状态空间分析法534

章节知识框架534

教学目的与要求535

导入案例535

10.1系统的状态空间描述535

10.1.1系统的状态空间表达式535

10.1.2状态空间表达式的建立538

10.2系统状态方程的求解553

10.2.1连续时间系统状态方程的求解553

10.2.2离散时间系统状态方程的求解563

10.2.3线性连续时间系统的离散化567

10.2.4基于MATLAB环境下的控制系统仿真569

10.3线性控制系统的能控性和能观性571

10.3.1能控性及其判定571

10.3.2能观性及其判定575

10.3.3能控性与能观性的对偶关系578

10.3.4能控标准型与能观标准型579

10.3.5线性系统的结构分解585

10.3.6能控性和能观性与传递函数矩阵之间的关系594

10.3.7传递函数矩阵的实现596

10.3.8 MATLAB环境下的能控性与能观性分析604

10.4稳定性与李亚普诺夫方法605

10.4.1李亚普诺夫稳定性定义606

10.4.2李亚普诺夫第一法609

10.4.3李亚普诺夫第二法611

10.4.4线性系统李亚普诺夫稳定性分析617

10.4.5非线性系统李亚普诺夫稳定性分析621

10.5线性定常系统的综合629

10.5.1反馈控制系统的基本结构及其特性629

10.5.2闭环系统的极点配置631

10.5.3状态观测器及其实现646

10.5.4带观测器的状态反馈系统656

本章小结660

习题10661

第11章 最优控制668

章节知识框架668

教学目的与要求668

导入案例668

11.1概述669

11.2最优控制的变分法670

11.2.1泛函的定义670

11.2.2泛函极值的定义670

11.2.3泛函的变分671

11.2.4泛函的极值671

11.2.5端点固定时的Euler方程671

11.2.6矢量情况673

11.2.7连续系统最优控制673

11.3有约束最优控制的极小值原理674

11.4动态规划676

11.5线性二次型最优控制679

11.5.1有限时间状态调节器问题679

11.5.2无限时间输出调节器问题680

11.5.3线性定常调节器问题681

11.6应用MATLAB解线性二次型最优控制问题682

本章小结686

习题11687

8～11章部分习题参考答案688

参考文献694