机械工程控制基础

图书标准信息

• 作者 刘国华
• 出版社 西安电子科技大学出版社
• 出版时间 2017-01
• 版次 1
• ISBN 9787560643496
• 定价 21.00元
• 装帧 其他
• 开本 16开
• 纸张 胶版纸

【内容简介】

本书内容包括机械工程控制的基本概念、系统的数学模型、时域分析、频域分析、系统的稳定性分析、系统的校正等。

  本书着重阐述了经典控制理论，特别是其中的时域法和频域法，并基于时域法和频域法进行了系统的分析。同时，考虑到系统数学模型的重要性，在“控制系统的数学模型”一章对控制系统的建模过程进行了重点分析。

  本书力求在讲清机械工程控制基本概念的前提下，更多地结合机械工程实际，为帮助读者学习与应用控制理论来解决机械工程的实际问题奠定必要的基础。

  本书可以作为机械类、机电类、轻工机械类等专业本科生的教材，也可作为其他学科本科生专业课的教材。此外，本书亦可供从事机械类相关工作的科技人员自学与参考。

【目录】

第一章  绪论              1    

      1.1   引言              1      

        1.1.1  自动控制理论的形成与发展              1      

        1.1.2  机械工程控制论的研究对象与任务              2    

      1.2   机械工程控制系统的工作原理和基本组成               2      

        1.2.1  反馈与反馈控制              2      

        1.2.2  机械工程自动控制系统的基本原理              3      

        1.2.3  机械工程自动控制系统的基本组成              5    

      1.3   自动控制系统的分类              6    

      1.4   自动控制系统的基本要求              8    

      1.5   本课程的特点和学习方法              8    

      习题              9

    第二章  控制系统的数学模型              10    

      2.1   系统的微分方程              10      

        2.1.1  系统微分方程的建立              10      

        2.1.2  非线性数学模型的线性化              13    

      2.2   拉普拉斯变换与反变换              14      

        2.2.1  拉普拉斯变换的定义              14      

        2.2.2  拉普拉斯变换的基本性质              15      

        2.2.3  拉普拉斯反变换              17    

      2.3   系统的传递函数              18      

        2.3.1  传递函数的定义与基本特点              18      

        2.3.2  典型环节的传递函数              19    

      2.4   控制系统的方框图及其等效变换               24      

        2.4.1  系统方框图的组成              24      

        2.4.2  系统方框图的绘制              25      

        2.4.3  系统方框图的等效变换              26    

      2.5   信号流图与梅逊公式              29      

        2.5.1  信号流图的概念              29      

        2.5.2  梅逊公式              29    

      习题              30

    第三章  线性系统的时域分析              33    

      3.1   概述              33      

        3.1.1  时域分析法              33      

        3.1.2  时间响应              33      

        3.1.3  典型输入信号              34    

      3.2   时间响应及其组成              35    

      3.3   一阶系统的时间响应              37      

        3.3.1  一阶系统的单位阶跃响应              38      

        3.3.2  一阶系统的单位斜坡响应              39      

        3.3.3  一阶系统的单位脉冲响应              39    

      3.4   二阶系统的时间响应              40      

        3.4.1  二阶系统的数学模型              41      

        3.4.2  二阶系统的单位阶跃响应              42    

      3.5   二阶系统的性能指标分析              46      

        3.5.1  瞬态响应指标分析              46      

        3.5.2  二阶系统时域指标与频域指标的关系              53    

      3.6   利用Matlab分析控制系统的特点及性能               54    

      习题              55

    第四章  线性系统的频域分析              57

      4.1   概述              57      

        4.1.1  频率响应和频率特性              57      

        4.1.2  频率特性的求法              59      

        4.1.3  频率特性的性质              61      

        4.1.4  频率特性的表示法              61    

      4.2   频率特性的极坐标图              62      

        4.2.1  典型环节的极坐标图              62      

        4.2.2  Nyquist图的一般绘制方法              68    

      4.3   频率特性的伯德图(Bode图)               71      

        4.3.1  概述              71      

        4.3.2  典型环节的Bode图              72      

        4.3.3  Bode图的绘制方法              78    

      4.4   频率特性的实验测定法              81      

        4.4.1  频率特性的实验分析方法              81      

        4.4.2  由Bode图确定(估算)系统的频率特性              81    

      4.5   最小和非最小相位系统              83    

      4.6   利用Matlab绘制频率特性图               84      

        4.6.1  Nyquist图的一般描述              85      

        4.6.2  Bode图的一般描述              85    

      习题              86

    第五章  线性系统的稳定性分析              88    

      5.1   控制系统稳定性的基本概念               88      

        5.1.1  稳定性的定义              88      

        5.1.2  判别线性系统稳定性的充要条件              88      

        5.1.3  稳定性的一些提法              90    

      5.2   劳斯（Routh）稳定判据               90      

        5.2.1  劳斯稳定判据的必要条件              91      

        5.2.2  劳斯稳定判据的充要条件              92      

        5.2.3  劳斯稳定判据的特殊情况              93      

        5.2.4  劳斯稳定判据的应用              94    

      5.3   奈奎斯特（Nyquist）稳定判据               95      

        5.3.1  函数F(s)与开环、闭环的传递函数零点和极点的关系              96      

        5.3.2  幅角原理              97      

        5.3.3  奈奎斯特稳定判据              97      

        5.3.4  奈奎斯特稳定判据应用举例              99      

        5.3.5  奈奎斯特稳定判据的几点说明              101    

      5.4   对数判据（Bode判据）               102    

      5.5   控制系统的相对稳定性              105      

        5.5.1  相位裕量              106      

        5.5.2  幅值裕量              107      

        5.5.3  关于相位裕量和幅值裕量的说明              107      

        5.5.4  影响系统稳定性的主要因素              107    

      5.6   利用Matlab分析系统稳定性               110      

        5.6.1  代数法判别系统稳定性              110      

        5.6.2  奈奎斯特图法判断系统稳定性              110      

        5.6.3  伯德图法判断系统稳定性              111    

      习题              112

    第六章  线性系统的校正方法              114    

      6.1   系统的设计与校正问题              114      

        6.1.1  性能指标              114      

        6.1.2  系统的校正方式              116      

        6.1.3  基本控制规律              117    

      6.2   常用校正装置及其特性              122      

        6.2.1  无源校正装置（阻容元件）               122      

        6.2.2  有源校正装置              127    

      6.3   串联校正              127      

        6.3.1  串联超前校正              128      

        6.3.2  串联滞后校正              129      

        6.3.3  串联滞后超前校正              131    

      6.4   反馈校正              132    

      习题              133

    第七章  直线一级倒立摆控制系统分析              135    

      7.1   倒立摆控制系统              135      

        7.1.1  倒立摆控制系统简介              135      

        7.1.2  牛顿力学方法的推导              136      

        7.1.3  倒立摆系统模型              138    

      7.2   直线一级倒立摆频率响应仿真               138    

      7.3   直线一级倒立摆PID控制实验               140      

        7.3.1  PID控制分析              140      

        7.3.2  直线一级倒立摆Simulink仿真              141      

        7.3.3  PID控制参数设定及仿真              146    

      习题              149

    参考文献              150