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第一章绪论
自动控制系统概念、工作原理、分类与组成、性能指标及应用实例分析。
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●1.1自动控制系统概述
以水位控制为例介绍自动控制系统工作原理及概念，以小车为例介绍自动控制系统的特性。
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●1.2自动控制系统分类和组成
以5种不同的方式对自动控制系统进行分类，对常用的闭环控制系统介绍其组成和特点。
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●1.3自动控制系统性能指标
介绍评价自动控制系统性能的三个指标，稳定性、快速性和准确性。
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●1.4自动控制技术的应用实例
自动控制技术的应用已经覆盖各行各业，以工农业应用的10个实例分析其控制原理及控制框图。
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第二章控制系统数学基础
控制理论与控制工程学科研究动态系统的演化，计算如何向系统施加作用使得系统达到期望的状态，控制理论本质上归属于信息学科，对数学工具的依托性很强。本章将讲解经典控制理论所采用的数学工具，即复变函数基础知识和拉普拉斯变换。
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●2.1复数与复变函数
复变函数论是数学的重要分支，在复数域给出的傅里叶变换和拉普拉斯变换广泛应用于工程领域，其中拉普拉斯变换是经典控制理论研究线性系统的数学工具。为熟练掌握拉普拉斯变换，需要先学习复数和复变函数的基础知识，包括复数的定义和几种表达形式、复数的运算规则、复变函数的定义及性质讨论、复数域的积分。
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●2.2拉普拉斯变换
采用集中参数建模的线性系统可以微分方程（组）描述，对微分方程（组）求解可得到系统的时域响应，但对复杂或高阶系统微分方程直接求解较为困难，通过拉普拉斯变换可将高阶微分方程变换为线性方程组，进而得到以传递函数描述的系统模型，结合拉普拉斯逆变换容易求得系统的时域响应。实际上系统的特性也可在拉普拉斯变换的s域直接讨论。本节内容包括拉普拉斯变换的定义和基本性质，以及线性系统有理分式的拉普拉斯逆变换的计算方法。
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第三章控制系统传递函数
控制系统传递函数是表示线性定常系统输入到输出传递关系的数学模型，它是经典控制理论的基础模型，是我们后面学习的系统时域分析、频域分析和稳定性分析的基础。
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●3.1传递函数的概念
本节讲述从常微分方程到传递函数的转化，常微分方程的缺点以及传递函数的特点，如何建立系统的传递函数，微分方程与传递函数的对应关系。
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●3.2常见控制系统的传递函数
复杂的系统是由一些典型环节串联、并联或者反馈组成的，分析典型环节的传递函数和作用特点，有利于推导复杂系统的整个传递函数。对于非线性系统，采用泰勒级数展开，保留级数的常数项和一次项，可以进行线性化。
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●3.3控制系统方框图
控制系统方框图是一种表示系统组成的图形化方式，便于分析系统的成分和结构，通过方框图的化简，可以推导复杂系统的传递函数。
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●3.4信号流图与梅森公式
信号流图也是一种表示系统信号流通的图形化方式，与方框图有对应关系。通过分析信号流图的通路和回路，可以利用梅森公式建立系统从输入到输出的总增益，也即是系统的传递函数。
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●3.5带干扰输入控制系统的传递函数
干扰是任何控制系统不可避免的一种输入源，对系统的正常输出有干扰作用，为了克服这种扰动，可以采用负反馈的形式来减轻扰动的影响。
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第四章控制系统误差与时域分析
介绍典型输入信号，时间响应组成，时间响应评价指标，控制系统误差分析，一阶、二阶系统的时间响应及性能分析，以及高阶系统时间响应分析方法。
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●4.1时间响应组成
典型输入信号，以机械系统为例介绍时间响应组成，按照输出曲线的不同形式给出时间响应评价指标。
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●4.2控制系统误差分析
误差与偏差定义，稳态误差与稳态偏差的计算;对不同的给定输入信号及不同控制系统的结构，分析其稳态偏差，稳态偏差与输入信号和系统结构有关，为控制系统的正确设计提供理论依据;对单位阶跃干扰信号及不同控制系统的结构，分析其稳态偏差，单位阶跃干扰信号引起的稳态偏差与系统结构有关，为避免干扰对控制系统的影响提供理论依据。
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●4.3一阶系统时间响应
对比分析不同输入信号对一阶系统的时间响应，时间响应是系统的固有特性，与输入信号无关，以及误差计算。
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●4.4二阶控制系统时域分析
对不同输入信号进行二阶系统的时间响应分析，以及误差计算，过渡过程时间响应性能指标计算方法，通过例题分析控制系统的动态性能。
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●4.5高阶控制系统分析
高阶时间响应分析方法—主导极点，高阶系统在一定条件下可以化简为一阶系统或二阶系统。
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第五章控制系统频域分析
频率特性的基本概念——频率响应与频率特性，频率特性与传递函数的关系，频率特性的计算方法；典型环节频率特性的Nyquist图与Bode图，以及开环频率特性Nyquist与Bode频率特性曲线的绘制方法；最小相位系统；闭环频率特性。
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●5.1频率特性概述
以一阶系统为例介绍频率响应与频率特性概念，分析频率特性与传递函数的关系以及频率特性的计算方法.
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●5.2频率特性Nyquist图
典型环节与一般环节频率特性Nyquist图绘制方法.
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●5.3频率特性Bode图
典型环节与一般环节频率特性Bode图绘制方法。
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●5.4最小相位系统和传递函数确定
最小相位系统的概念，在最小相位系统条件下，不同幅频特性传递函数确定方法。
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●5.5闭环频率特性频域性能指标
闭环频率特性概念、闭环频率特性频域性能指标。
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第六章控制系统稳定性分析
控制系统稳定性分析
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●6.1控制系统稳定的定义和条件
控制系统稳定的定义和条件
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●6.2控制系统Routh稳定判据
控制系统Routh稳定判据
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●6.3控制系统Nyquist稳定判据
控制系统Nyquist稳定判据
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●6.4控制系统Bode稳定判据
控制系统Bode稳定判据
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●6.5控制系统相对稳定性
控制系统相对稳定性
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第七章控制系统性能校正
在实际工程控制中，系统稳定性是保证系统能够正常工作的必要条件。但是，如果只满足系统稳定的条件并不能确保系统能够正常工作，往往需要对原有系统增加某些必要的元件或环节，以满足系统稳定的同时，又能保证其按给定性能指标进行工作，此类问题就称为系统的性能校正。本章首先介绍系统的时域性能指标、频域性能指标与综合性能指标；再介绍串联校正中的相位超前校正、相位滞后校正、相位滞后-超前校正，以及并联校正中的反馈校正与顺馈校正。
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●7.1系统的性能指标
时域性能指标能够很直观地呈现系统的性能，但是在结构参数对系统影响分析及性能校正设计时并不是很方便，而频域分析就十分方便，因此常采用频域特性对系统进行分析与校正。对同一个系统无论是时域分析还是频域分析性能指标是一致的，它们必然存在一定的关系。本节首先阐述了系统性能指标的概念，进行了性能指标分析，明确了时域性能指标、频域性能指标的内涵；其次阐述了二阶系统性能指标之间的关系，探讨了开环频率特性与闭环频率特性的关系、阻尼比对二阶系统频域与时域性能指标的影响、二阶系统频率特性与时域性能指标的关系。
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●7.2系统校正
一般情况下，几个性能指标的要求往往是相互矛盾的，因此性能指标的提出应切合实际，以满足控制目的和要求为宜。具体控制系统对性能指标的要求应有所侧重，如恒值系统对过渡过程的平稳性和稳态精度要求严格，而随动系统则对响应速度和跟踪精度要求较高。在这种情况下，就要考虑哪些性能指标是首先要满足的，哪些是可以忽略的，或者是通过加入必要的校正装置使两个方面的性能都能得到适当满足。本节首先阐述了校正的概念，所谓系统性能校正，是指在系统中增加新的环节，改善系统性能的方法；其次阐述了校正的分类，按照校正环节在系统中的位置不同，校正环节通常可分为串联校正、反馈校正和顺馈校正。
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●7.3串联校正
串联校正按校正环节的性质可分为相位超前校正、相位滞后校正和相位滞后-超前校正。相位超前校正主要面对系统响应速度慢的系统。为了既能提高系统的响应速度，又保证系统的稳定性，可采用相位超前校正方法。系统的稳态误差取决于开环传递函数的放大倍数和型次，增加系统的开环增益可减小系统的稳态误差，但系统稳定性会下降，如何减小稳态误差而又不影响稳定性，可采用相位滞后校正方法。单纯采用相位超前校正或相位滞后校正只能改善系统动态或稳态一个方面的性能，如果系统对动态和稳态性能都要求较高时，可采用相位滞后-超前校正环节，同时改善系统的动态性能和稳态性能。本节依次阐述了相位超前校正、相位滞后校正和相位滞后-超前校正的校正环节装置、校正频率特性、校正环节的作用、校正设计原则、基于Bode图的校正等重要问题。
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●7.4反馈校正
为了改善控制系统的性能，除了采用串联校正外，反馈校正也是广泛采用的一种校正方式。所谓反馈校正，就是用校正装置包围系统的某些环节，形成局部反馈回路。控制系统采用反馈校正后，除了能收到与串联校正同样的校正效果外，还能消除系统的不可变部分中环节参数波动对系统性能的影响。基于这个特点，当所设计的系统中一些参数可能随着工作条件的改变而发生幅度较大的变化，而在该系统中又能够取出适当的反馈信号时，即有条件采用反馈校正时，一般来说，采用反馈校正是恰当的。本节首先阐述了反馈校正原理，其次阐述了比例反馈校正，最后探讨了微分反馈校正。
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●7.5顺馈校正
顺馈校正又称为顺馈补偿，顺馈校正的特点是不依靠偏差而直接测量干扰，在干扰引起误差前就对它进行近似补偿，及时消除干扰的影响，因此，对系统进行顺馈补偿的前提是干扰可以测量。本节首先阐述了顺馈校正原理，其次阐述了顺馈校正应用。
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第八章控制系统PID校正
PID控制是经典控制理论中技术成熟、结构简单、应用广泛的一种控制形式，出现在20世纪30年代末，是社会生产力进入电气时代，一些系统需要更加准确的控制时出现的。
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●8.1PID控制规律
PID校正串联在系统的前向通道中，属于串联校正的一种，是按照偏差的比例、积分和微分对被控对象进行控制的一种常用控制方式。
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●8.2比例控制器
比例控制器，也叫P控制器，是通过在前向通道中串联比例环节的方式，对系统的开环增益进行调整，以达到改变系统的稳态偏差、响应速度和稳定性的目的。
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●8.3PD控制
PD控制器是在P控制器的基础上，并联一个微分环节，构成具有相频特性超前的特点，用来改善系统的中频段性能，优化系统稳定性，增大系统剪切频率，提高系统效应速度。
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●8.4PI控制
PI控制器是在P控制器的基础上，并联一个积分环节，作用于系统的低频段，可增加系统型次，改善系统稳态偏差。
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●8.5PID控制
PID控制器是PI控制器和PD控制器的组合，同时兼备两者的优点，从稳态偏差、相对稳定性等多方面优化系统性能。
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●8.6控制系统最优模型
控制系统最优模型是二阶系统和高阶系统设计与校正的基本参考模型，使用参考公式确定系统各参数，可以方便快捷的设计出稳定性、快速性和准确性等各项指标较好的控制系统。
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●8.7PID参数确定方法
PID参数确定除可以使用控制系统最优模型外，还可以使用Ziegler–Nichols、Cohen-Coon等方法，使PID控制参数的确定更加方便快捷。
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●8.8数字PID控制算法
数字PID控制算法是使用计算机完成自动控制工作的基本方法，可以灵活的在计算机和单片机、ARM、DSP等微处理器中应用，变化方式多样，参数调整便捷。