目 錄
第1章 緒論 （1）
1.1 概述 （1）
1.2 工程控制理論的研究對(duì)象和研究?jī)?nèi)容 （2）
1.3 控制系統(tǒng) （2）
1.3.1 系統(tǒng) （2）
1.3.2 反饋控制系統(tǒng) （3）
1.3.3 控制系統(tǒng)分類 （5）
1.4 對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求 （9）
1.5 本課程的特點(diǎn)及學(xué)習(xí)方法 （10）
1.6 本章小結(jié) （10）
1.7 習(xí)題 （10）
第2章 機(jī)械工程控制論的數(shù)學(xué)基礎(chǔ) （11）
2.1 復(fù)數(shù)和復(fù)變函數(shù) （11）
2.1.1 復(fù)數(shù) （11）
2.1.2 復(fù)數(shù)的運(yùn)算規(guī)則 （11）
2.1.3 復(fù)變函數(shù)的零點(diǎn)和極點(diǎn) （12）
2.2 拉氏變換 （12）
2.2.1 拉氏變換的定義 （13）
2.2.2 典型時(shí)間函數(shù)的拉氏變換 （13）
2.2.3 拉氏變換的主要運(yùn)算定理 （17）
2.3 拉氏逆變換 （21）
2.3.1 拉氏逆變換的定義 （21）
2.3.2 拉氏逆變換的數(shù)學(xué)方法 （21）
2.4 拉氏變換在控制工程中的應(yīng)用 （24）
2.5 本章小結(jié) （26）
2.6 習(xí)題 （27）
第3章 系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 （28）
3.1 系統(tǒng)的時(shí)域數(shù)學(xué)模型 （28）
3.1.1 系統(tǒng)微分方程 （28）
3.1.2 非線性微分方程線性化處理 （29）
3.1.3 機(jī)械系統(tǒng)微分方程 （30）
3.2 系統(tǒng)的復(fù)域數(shù)學(xué)模型 （36）
3.2.1 傳遞函數(shù) （36）
3.2.2 傳遞函數(shù)的零點(diǎn)、極點(diǎn)和增益 （38）
3.2.3 典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù) （38）
3.3 系統(tǒng)傳遞函數(shù)方框圖 （47）
3.3.1 方框圖 （47）
3.3.2 傳遞函數(shù)方框圖的等效變換 （48）
3.3.3 傳遞函數(shù)方框圖的簡(jiǎn)化 （51）
3.4 梅遜公式 （56）
3.5 系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型 （56）
3.5.1 狀態(tài)變量與狀態(tài)空間表達(dá)式 （56）
3.5.2 線性系統(tǒng)的狀態(tài)方程 （57）
3.5.3 傳遞函數(shù)與狀態(tài)空間表達(dá)式相互轉(zhuǎn)化 （59）
3.6 本章小結(jié) （60）
3.7 習(xí)題 （60）
第4章 系統(tǒng)的時(shí)域分析 （63）
4.1 系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)及其組成 （63）
4.1.1 系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng) （63）
4.1.2 非齊次二階線性微分方程的解及其解的組成 （63）
4.1.3 系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)組成 （64）
4.2 典型輸入信號(hào) （66）
4.3 一階系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng) （67）
4.3.1 單位脈沖響應(yīng) （68）
4.3.2 單位階躍響應(yīng) （68）
4.3.3 單位斜坡響應(yīng) （69）
4.4 二階系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng) （71）
4.4.1 二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù) （72）
4.4.2 二階系統(tǒng)的極點(diǎn) （73）
4.4.3 二階系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng) （74）
4.4.4 二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng) （76）
4.5 系統(tǒng)的時(shí)域性能指標(biāo) （79）
4.5.1 系統(tǒng)的時(shí)域性能指標(biāo)定義 （79）
4.5.2 一階系統(tǒng)的時(shí)域性能指標(biāo) （80）
4.5.3 二階系統(tǒng)的時(shí)域性能指標(biāo) （81）
4.6 高階系統(tǒng)的時(shí)域分析 （88）
4.6.1 典型三階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng) （88）
4.6.2 高階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng) （90）
4.7 系統(tǒng)的誤差分析與計(jì)算 （91）
4.7.1 系統(tǒng)的誤差與偏差 （92）
4.7.2 穩(wěn)態(tài)誤差 （93）
4.7.3 系統(tǒng)類型 （93）
4.7.4 靜態(tài)誤差系數(shù)與穩(wěn)態(tài)誤差 （94）
4.7.5 干擾作用下的穩(wěn)態(tài)誤差 （97）
4.8 本章小結(jié) （102）
4.9 習(xí)題 （102）
第5章 根軌跡法 （105）
5.1 根軌跡法概述 （105）
5.1.1 根軌跡的基本概念 （105）
5.1.2 根軌跡與系統(tǒng)性能 （107）
5.1.3 閉環(huán)零、極點(diǎn)與開環(huán)零、極點(diǎn)之間的關(guān)系 （108）
5.1.4 根軌跡方程 （110）
5.2 根軌跡繪制的基本法則 （111）
5.2.1 繪制根軌跡的基本法則 （111）
5.2.2 閉環(huán)極點(diǎn)的確定 （124）
5.3 廣義根軌跡 （125）
5.3.1 參數(shù)根軌跡 （125）
5.3.2 添加開環(huán)零點(diǎn)的作用 （128）
5.3.3 零度根軌跡 （129）
5.4 系統(tǒng)性能的分析和設(shè)計(jì) （134）
5.4.1 閉環(huán)零、極點(diǎn)與時(shí)間響應(yīng)的關(guān)系 （134）
5.4.2 系統(tǒng)性能的定性分析 （137）
5.4.3 控制系統(tǒng)的復(fù)域設(shè)計(jì) （138）
5.5 本章小結(jié) （143）
5.6 習(xí)題 （144）
第6章 系統(tǒng)的頻率特性 （146）
6.1 頻率特性 （146）
6.1.1 頻率響應(yīng)與頻率特性 （146）
6.1.2 頻率特性的求法 （148）
6.1.3 微分方程、頻率特性、傳遞函數(shù)之間的關(guān)系 （149）
6.1.4 頻率特性的特點(diǎn)和作用 （150）
6.2 頻率特性的極坐標(biāo)圖 （150）
6.2.1 極坐標(biāo)圖 （150）
6.2.2 典型環(huán)節(jié)的Nyquist圖 （151）
6.2.3 含有積分環(huán)節(jié)系統(tǒng)的Nyquist圖 （156）
6.2.4 Nyquist圖的一般形狀 （157）
6.2.5 機(jī)電系統(tǒng)的Nyquist圖 （159）
6.3 頻率特性的對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖 （161）
6.3.1 對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖 （161）
6.3.2 典型環(huán)節(jié)的Bode圖 （162）
6.3.3 典型環(huán)節(jié)Bode圖的特點(diǎn) （170）
6.3.4 繪制系統(tǒng)的Bode圖的步驟 （170）
6.3.5 機(jī)電系統(tǒng)的Bode圖 （172）
6.4 閉環(huán)頻率特性及頻域性能指標(biāo) （175）
6.4.1 閉環(huán)頻率特性 （175）
6.4.2 頻域性能指標(biāo) （175）
6.5 最小相位系統(tǒng)與非最小相位系統(tǒng) （176）
6.5.1 最小相位系統(tǒng)與非最小相位系統(tǒng)的概念 （177）
6.5.2 產(chǎn)生非最小相位系統(tǒng)的環(huán)節(jié) （178）
6.6 本章小結(jié) （179）
6.7 習(xí)題 （179）
第7章 系統(tǒng)的穩(wěn)定性 （181）
7.1 系統(tǒng)穩(wěn)定性的概念及判別準(zhǔn)則 （181）
7.1.1 穩(wěn)定性的概念 （181）
7.1.2 判別系統(tǒng)穩(wěn)定性的基本準(zhǔn)則 （182）
7.2 Routh穩(wěn)定判據(jù) （184）
7.2.1 系統(tǒng)穩(wěn)定的必要條件 （184）
7.2.2 系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件 （185）
7.3 Nyquist穩(wěn)定判據(jù) （189）
7.3.1 Nyquist穩(wěn)定判據(jù)簡(jiǎn)介 （189）
7.3.2 開環(huán)含有積分環(huán)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 （192）
7.3.3 具有延時(shí)環(huán)節(jié)的系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 （196）
7.4 Bode穩(wěn)定判據(jù) （201）
7.4.1 Nyquist圖與Bode圖的對(duì)應(yīng)關(guān)系 （201）
7.4.2 正負(fù)穿越的概念 （201）
7.4.3 Bode穩(wěn)定判據(jù) （202）
7.5 系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性 （204）
7.5.1 相位裕度與幅值裕度 （204）
7.5.2 條件穩(wěn)定系統(tǒng) （207）
7.6 本章小結(jié) （210）
7.7 習(xí)題 （210）
第8章 系統(tǒng)的性能校正 （212）
8.1 控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)及性能校正 （212）
8.1.1 控制系統(tǒng)的性能指標(biāo) （212）
8.1.2 性能校正的概念 （213）
8.1.3 性能校正的分類 （213）
8.2 串聯(lián)校正 （214）
8.2.1 增益調(diào)整校正 （214）
8.2.2 相位超前校正 （214）
8.2.3 相位滯后校正 （219）
8.2.4 相位滯后—超前校正 （224）
8.3 PID校正 （229）
8.3.1 PID控制規(guī)律 （229）
8.3.2 PD調(diào)節(jié)器 （230）
8.3.3 PI調(diào)節(jié)器 （232）
8.3.4 PID調(diào)節(jié)器 （233）
8.4 反饋校正和順饋校正 （235）
8.4.1 反饋校正 （235）
8.4.2 順饋校正 （237）
8.5 本章小結(jié) （237）
8.6 習(xí)題 （238）
第9章 離散控制系統(tǒng)的分析和校正 （240）
9.1 概述 （240）
9.2 信號(hào)的采樣與保持 （241）
9.2.1 信號(hào)的采樣 （241）
9.2.2 采樣定理 （243）
9.2.3 保持器 （245）
9.3 Z變換與Z逆變換 （245）
9.3.1 Z變換的定義 （245）
9.3.2 Z變換的性質(zhì) （248）
9.3.3 Z逆變換 （251）
9.4 離散控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 （254）
9.4.1 線性常系數(shù)差分方程 （254）
9.4.2 差分方程的解 （255）
9.4.3 脈沖傳遞函數(shù) （256）
9.5 離散控制系統(tǒng)的性能分析 （265）
9.5.1 離散控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 （266）
9.5.2 離散控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差分析 （271）
9.5.3 離散控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析 （272）
9.6 離散控制系統(tǒng)的校正與設(shè)計(jì) （274）
9.6.1 數(shù)字控制器D(z)的脈沖傳遞函數(shù) （274）
9.6.2　最少拍系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與校正 （275）
9.7 本章小結(jié) （281）
9.8 習(xí)題 （281）
第10章 機(jī)械工程控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真與輔助設(shè)計(jì) （283）
10.1 MATLAB仿真軟件簡(jiǎn)介 （283）
10.1.1 MATLAB系統(tǒng)構(gòu)成 （283）
10.1.2 MATLAB桌面操作環(huán)境 （284）
10.1.3 MATLAB程序設(shè)計(jì) （287）
10.2 機(jī)械工程控制系統(tǒng)時(shí)域特性仿真 （289）
10.2.1 橋式起重機(jī)坐標(biāo)系統(tǒng) （289）
10.2.2 橋式起重機(jī)線性化模型 （290）
10.2.3 橋式起重機(jī)貨物擺動(dòng)傳遞函數(shù) （290）
10.2.4 橋式起重機(jī)貨物擺動(dòng)傳遞函數(shù)頻率特性仿真 （290）
10.2.5 MATLAB源程序 （292）
10.3 機(jī)械工程控制系統(tǒng)頻率特性仿真 （293）
10.3.1 橋式起重機(jī)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)傳遞函數(shù) （293）
10.3.2 橋式起重機(jī)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)傳遞函數(shù)頻率特性仿真 （293）
10.3.3 MATLAB源程序 （294）
10.4 機(jī)械工程控制系統(tǒng)根軌跡仿真 （295）
10.4.1 繪制根軌跡的相關(guān)MATLAB函數(shù) （295）
10.4.2 電磁驅(qū)動(dòng)水壓伺服機(jī)構(gòu)及其線性化模型 （296）
10.4.3 電磁驅(qū)動(dòng)水壓伺服機(jī)構(gòu)的根軌跡仿真 （297）
10.4.4 磁盤驅(qū)動(dòng)讀取系統(tǒng)的根軌跡仿真 （297）
10.4.5 未來(lái)超音速噴氣式客機(jī)的根軌跡仿真 （298）
10.5 機(jī)械工程控制系統(tǒng)穩(wěn)定性仿真 （300）
10.5.1 集中供熱系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 （300）
10.5.2 典型PID控制器 （301）
10.5.3 基于Nyquist穩(wěn)定判據(jù)設(shè)計(jì)PID控制器 （302）
10.5.4 集中供熱系統(tǒng)的控制過(guò)程仿真 （303）
10.5.5 MATLAB源程序 （304）
10.6 機(jī)械工程控制系統(tǒng)性能校正仿真 （305）
10.6.1 熱處理爐的數(shù)學(xué)模型 （305）
10.6.2 典型PID控制器 （306）
10.6.3 基于Nyquist穩(wěn)定判據(jù)設(shè)計(jì)PI控制器 （306）
10.6.4 熱處理爐的控制過(guò)程仿真 （307）
10.6.5 MATLAB源程序 （308）
主要符號(hào)說(shuō)明 （310）
參考文獻(xiàn) （311）