控制工程基础
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作者王丽君
出版社机械工业出版社
ISBN9787111717430
出版时间2023-02
装帧平装
开本16开
定价52元
货号29513703
上书时间2024-11-03
商品详情
- 品相描述：全新
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前言
“机械控制理论”（或“机械工程控制基础”“控制工程基础”）课程是实现传统机械工程学科向以机、电、液相结合的现代机械工程学科跨越的主干支撑课程之一，也是机械类专业的学科基础课。本书作为该课程的教材，主要阐述自动控制理论与技术的基本概念、基本理论与基本分析方法及其在现代机械工程中的应用，为机械控制系统的分析与设计奠定基础。本书的目的是使学生学会运用经典控制理论和现代控制理论的基本理论及分析方法，掌握机电控制系统中信号的传递、反馈及控制，系统性能、综合及设计的分析与研究方法，初步培养学生从事机电控制系统分析与设计工作的能力。
1998年，将机械类9个专业（机械制造工艺及设备、汽车与拖拉机等）归并为“机械设计制造及其自动化”专业，就加入自动化三字而言，体现了用自动化改造传统机械类专业的思想和用心。2019年，智能制造工程专业首次在一些高校中获批成立，机械类专业面临智能化转型升级新挑战，自动控制作为沟通传统制造与智能制造的重要技术桥梁而显得更加不可或缺。因此，本书既考虑到我国机械类专业本科教育现状，又考虑到自动控制技术对传统机械工程学科越来越深入的渗透，并兼顾当今信息化、智能化时代对机械电子工程学科发展的需求，采取分模块的编写方式以提高学生的理论学习水平，并编入软件实现、设计实例内容以训练学生的工程应用能力。
本书由三个模块组成，即经典控制理论（1～7章）、离散控制系统（第8章）、现代控制理论（第9章）, 各模块基本独立。这样安排可以适合不同学校、不同专业、不同层次的教学需要，选书教师可根据本校的实际情况选择相应模块或模块的组合开展教学，25学分、3学分、35学分、4学分、45学分的教学安排均可选用本书。本书由华北水利水电大学多年从事控制工程科研与教学工作的教师编写，编写上力图既保证教材的通用性，又在强调教材适用性的同时对教材的个性给予了充分的关注。
为培养学生自主学习能力和工程应用能力，本书各章均配有一定数量的习题，主要章节设有相应理论方法的MATLAB实现一节，重点章节编入相应的设计实例。为适应信息时代的学生学习习惯，本书在重点内容附近以二维码的形式链接了知识点讲解视频，学生可以随扫随学。
本书由华北水利水电大学王丽君担任主编，王欣欣担任副主编，宋小娜、张涛、魏巍参与编写。其中，王丽君编写第2章，王欣欣编写第8章、第9章，宋小娜编写第5章、第6章，张涛编写第3章、第4章，魏巍编写第1章、第7章，全书由王欣欣负责统稿。
由于编者水平有限，书中难免会有错误或疏漏之处，恳请读者批评指正。
编者2022年8月
导语摘要
本书结合机械大类各专业及相近专业的发展和教学需要，较为系统地介绍了机械控制工程的基本内容。全书共由三个模块组成，即经典控制理论、离散控制系统、现代控制理论，各模块基本独立，其中经典控制理论为基本部分。全书共9章，主要内容有绪论、控制系统的数学模型、时域分析、根轨迹法、频域分析、稳定性分析、综合与校正，以及离散控制系统分析基础、现代控制理论基础。各章均配有一定数量的习题，主要章节设有相应理论方法的MATLAB实现一节，重点章节编入相应的设计实例。本书内容丰富，结构合理，叙述深入浅出，既体现理论的系统性，也注重方法的实用性。力图将机械大类各专业的通用性要求与各校的个性要求有机结合。
机械设计制造及其自动化、测控技术与仪器、车辆工程、智能制造工程、机器人工程等各相关专业均可选用此书作为教材及参考用书，相关工程技术人员也可选用此书作为参考。
*本书为新形态教材，在重点内容附近以二维码的形式链接了知识点讲解视频，便于学生课前预习和课后复习。
目录
目录
前言
第1章绪论1
11控制工程概述1
12控制工程的发展及应用1
121经典控制理论的发展1
122现代控制理论的发展3
13控制系统的基础知识4
131控制系统的基本概念4
132控制系统的工作原理4
133控制系统的组成及框图5
14控制系统的分类7
141按照反馈方式分类7
142按输入信号变化规律分类8
143按系统的数学描述分类8
144按系统内部的信号特征分类8
15控制系统的基本要求9
151稳定性9
152快速性9
153精确性10
习题10
第2章控制系统的数学模型11
21系统数学模型的建立11
211建立微分方程的一般步骤11
212控制系统微分方程的列写12
22拉普拉斯变换13
221拉普拉斯变换及拉普拉斯反变换的定义13
222典型时间函数的拉普拉斯变换14
223拉普拉斯变换基本定理16
224拉普拉斯反变换21
23系统的传递函数24
231传递函数的定义24
232典型环节的传递函数25
233传递函数的主要特点32
24系统的框图和信号流图32
241框图的组成32
242绘制系统框图的一般步骤34
243框图的基本连接方式36
244框图的简化38
245信号流图及梅森公式40
25闭环控制系统的传递函数45
251闭环系统的开环传递函数45
252给定输入作用下的闭环传递函数45
253扰动作用下的闭环传递函数46
254传递函数的零极点47
26控制系统数学模型的MATLAB实现47
261MATLAB控制系统工具箱简介47
262数学模型的MATLAB实现48
27设计实例：工程中典型的机电系统52
习题57
第3章控制系统时域分析61
31时间响应与典型输入信号61
311时间响应61
312典型输入信号61
32一阶系统的时域分析63
321一阶系统数学模型63
322一阶系统的单位阶跃响应64
323一阶系统的单位脉冲响应64
324一阶系统的单位斜坡响应65
33二阶系统的时域分析65
331二阶系统的数学模型65
332二阶系统的单位阶跃响应66
333二阶系统的单位脉冲响应69
34时域分析性能指标70
341动态性能指标70
342时域分析实例73
35高阶系统的时域分析75
351高阶系统的阶跃响应75
352闭环主导极点76
36稳态误差分析与计算77
361误差和稳态误差的概念77
362输入信号作用下的稳态误差78
363扰动信号作用下的稳态误差80
364改善系统稳态精度的方法81
37时域分析的MATLAB实现82
371输出响应分析83
372时域动态性能指标求解84
373稳态误差分析85
38设计实例：数控机床控制系统设计86
习题87
第4章根轨迹法91
41根轨迹与根轨迹方程91
411根轨迹概念91
412根轨迹方程92
42绘制根轨迹的基本法则93
43广义根轨迹97
431参数根轨迹97
432零度根轨迹98
44利用根轨迹分析系统性能101
441根轨迹和性能指标的关系101
442开环零极点对系统性能的影响103
45根轨迹分析的MATLAB实现105
451根轨迹的绘制105
452根轨迹上取点106
46设计实例：激光操纵控制系统设计107
习题109
第5章控制系统的频域分析111
51系统频率特性概述111
511频率特性的基本概念111
512频率特性与传递函数的关系113
513频率特性的求取方法113
52频率特性的奈奎斯特图114
521奈奎斯特图的基本概念114
522典型环节的奈奎斯特图115
523奈奎斯特图的一般画法120
53频率特性的伯德图122
531伯德图的基本概念123
532典型环节的伯德图124
533伯德图的一般画法130
534小相位系统132
54频域分析的MATLAB实现134
541奈奎斯特图的绘制134
542伯德图的绘制135
习题137
第6章控制系统的稳定性分析139
61代数稳定性判据139
611稳定性的基本概念139
612系统稳定的充要条件139
613劳斯稳定性判据141
62频域稳定性判据145
621奈奎斯特稳定性判据146
622对数频率特性稳定判据149
63控制系统的稳定裕度151
631相位裕度151
632幅值裕度151
64稳定性分析的MATLAB实现154
641求取特征根判定系统的稳定性155
642绘制零极点分布图判定系统的稳定性155
643频率法判定系统的稳定性156
65设计实例159
651直流电动机速度控制系统159
652雕刻机位置控制系统161
习题164
第7章控制系统的综合与校正165
71系统校正的基本概念165
711系统的性能指标165
712校正的概念167
713校正的分类167
72校正方法和校正装置的设计169
721串联超前校正169
722串联滞后校正172
723滞后超前校正175
724PID调节器178
73系统的综合与校正的MATLAB实现180
74设计实例：直流电动机调速性能指标改善182
习题184
第8章离散控制系统分析基础186
81采样与信号186
811采样过程与采样定理186
812信号恢复与保持器189
82Z变换与Z传递函数191
821Z变换191
822Z反变换198
823Z传递函数200
83线性离散系统的性能分析204
831稳定性分析204
832瞬态响应分析206
84线性离散系统性能分析的MATLAB实现208
841求取特征根判定系统的稳定性208
842连续系统离散化及离散系统的时域响应209
习题211
第9章现代控制理论基础213
91基本概念213
92状态空间表达式的建立与转换218
921由系统框图建立状态空间表达式218
922由系统微分方程建立状态空间表达式220
923状态矢量的线性变换224
924由状态空间表达式求系统传递函数（阵）225
925由状态空间表达式变换为对角线标准型和约旦标准型227
93状态方程的求解234
931齐次状态方程的解234
932状态转移矩阵235
933非齐次状态方程的解238
94控制系统的能控性和能观性238
941能控性与能控性判据239
942能观性与能观性判据245
943能控性与能观性的对偶关系250
944能控标准型与能观标准型251
95控制系统的状态反馈及状态观测器260
951状态反馈260
952状态观测器266
953带状态观测器的闭环控制系统268
96状态空间分析的MATLAB实现271
961状态空间表达式和传递函数相互转换的实现271
962状态转移矩阵的实现273
963能控性和能观性分析273
964极点配置的实现275
97设计实例：倒立摆276
971数学模型的建立276
972系统特性分析279
习题281
参考文献285
内容摘要
本书结合机械大类各专业及相近专业的发展和教学需要，较为系统地介绍了机械控制工程的基本内容。全书共由三个模块组成，即经典控制理论、离散控制系统、现代控制理论，各模块基本独立，其中经典控制理论为基本部分。全书共9章，主要内容有绪论、控制系统的数学模型、时域分析、根轨迹法、频域分析、稳定性分析、综合与校正，以及离散控制系统分析基础、现代控制理论基础。各章均配有一定数量的习题，主要章节设有相应理论方法的MATLAB实现一节，重点章节编入相应的设计实例。本书内容丰富，结构合理，叙述深入浅出，既体现理论的系统性，也注重方法的实用性。力图将机械大类各专业的通用性要求与各校的个性要求有机结合。
机械设计制造及其自动化、测控技术与仪器、车辆工程、智能制造工程、机器人工程等各相关专业均可选用此书作为教材及参考用书，相关工程技术人员也可选用此书作为参考。
*本书为新形态教材，在重点内容附近以二维码的形式链接了知识点讲解视频，便于学生课前预习和课后复习。
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