机械工程控制基础

第1章绪论

1.1机械工程控制理论研究的对象与任务

1.2系统的基本概念

1.2.1自动控制系统工作原理

1.2.2系统的分类

1.2.3反馈控制系统的基本组成

1.2.4名词术语

1.3对控制系统的基本要求

1．4机械工程中的控制问题

1.5本课程的特点及学习方法

习题1

第2章系统的数学模型

2.1拉普拉斯变换

2.1.1拉普拉斯变换的定义

2.1.2拉氏变换的主要定理

2.1.3拉普拉斯反变换

2.1.4用拉氏变换解常系数线性微分方程

2.2系统的微分方程

2.2.1系统的数学模型

2.2.2线性系统

2.2.3非线性系统

2.3线性微分方程式的建立

2.3.1建立线性微分方程式的步骤

2.3.2举例

2.4系统数学模型的线性化

2.5传递函数

2.5.1传递函数的概念

2.5.2典型环节的传递函数

2.5.3相似原理

2.6方块图及其应用

2.6.1方块图单元、相加点和分支点

2.6.2方块图基本连接方式

2.6.3绘制系统方块图的方法

2.6.4方块图的变换法则

2.6.5系统传递函数的求法

2.7信号流程图及梅森公式

2.7.1信号流程图

2.7.2定义

2.7.3系统信号流程图的画法

2.7.4梅森公式

2.8利用MATLAB语言进行数学模型的描述

习题2

第3章时间响应与误差分析

3.1时间响应与典型输入信号

3.1.1时间响应的概念

3.1.2典型输入信号

3.1.3瞬态响应的性能指标

3.2一阶系统的瞬态响应

3.2.1一阶系统的数学模型

3.2.2一阶系统的单位阶跃响应

3.2.3一阶系统的单位斜坡响应

3.2.4一阶系统的单位脉冲响应

3.3二阶系统的瞬态响应

3.3.1二阶系统的数学模型

3.3.2二阶系统的阶跃响应

3.3.3二阶系统的单位斜坡响应

3.3.4二阶系统的单位脉冲响应

3.3.5二阶系统阶跃响应与极点的关系

3.3.6二阶系统瞬态响应的性能指标计算

3.4高阶系统的瞬态响应

3.5控制系统的误差分析与计算

3.5.1控制系统的稳态误差概念

3.5.2输入引起的稳态误差

3.5.3扰动作用下的稳态误差

3.5.4减小稳态误差的方法

3.6时间特性与稳态误差的计算机求解

习题3

第4章频率特性分析法

4.1频率特性的基本概念

4.1.1频率特性及其物理意义

4.1.2频率特性的求法

4.2频率特性表示法

4.2.1极坐标图(奈奎斯特图)

4.2.2对数坐标图(伯德图)

4.2.3增益相位图(尼科尔斯图)

4.3典型环节的频率特性

4.3.1比例环节的频率特性

4.3.2积分环节的频率特性

4.3.3理想微分环节的频率特性

4.3.4惯性环节的频率特性

4.3.5一阶微分环节的频率特性

4.3.6二阶振荡环节的频率特性

4.3.7二阶微分环节的频率特性

4.4控制系统开环对数坐标图和最小相位系统

4.4.1控制系统开环对数坐标图

4.4.2最小和非最小相位系统

4.5系统的闭环频率特性

4.5.1由开环频率特性估计闭环频率特性

4.5.2闭环系统频率特性的性能指标

4.6由实测频率特性曲线确定系统传递函数

4.6.1频率特性实验分析的步骤

4.6.2由对数坐标图确定系统的传递函数

4.7用MATLAB语言计算频率特性

4.7.1极坐标图（奈奎斯特图)

4.7.2对数坐标图(伯德图)

4.7.3对数幅相频率特性图(尼科尔斯图)

习题4

第5章根轨迹法

5.1绘制根轨迹的基本条件

5.1.1基本分析

5.1.2基本条件

5.2以K1为参数变量的根轨迹的绘制

5.2.1根轨迹的起点

5.2.2根轨迹的终点

5.2.3根轨迹的对称性

5.2.4根轨迹的渐近线

5.2.5实轴上的根轨迹

5.2.6根轨迹的出射角和入射角

5.2.7根轨迹的分离点与会合点

5.2.8根轨迹与虚轴的交点

5.3增加开环零、极点对根轨迹的影响

5.3.1增加零点的影响

5.3.2增加极点的影响

5.4利用MATLAB语言绘制系统的根轨迹

习题5

第6章控制系统的稳定性分析

6.1稳定性的基本概念及系统稳定条件

6.1.1稳定性概念

6.1.2系统稳定的条件

6.2稳定性的时域（代数）判据

6.2.1劳斯稳定判据

6.2.2赫尔维茨稳定判据

6．3结构不稳定系统

6.4稳定性的频域（几何）判据及相对稳定性

6.4.1奈奎斯特稳定判据

6.4.2稳定裕度

6.4.3对数坐标图判据

6.5用MATLAB语言分析稳定性

6.5.1时域（代数）稳定判断

6.5.2用对数坐标图法判断系统稳定性

习题6

第7章系统的设计与校正

7.1概述

7.1.1控制系统的性能指标分类

7.1.2时域指标和频域指标的对应关系

7．2设计与校正概述

7.2.1系统设计与校正的一般原则

7.2.2设计与校正的方法

7.3调整增益的校正

7.4串联超前校正

7.4.1串联超前校正的应用场合与校正效果

7.4.2串联超前校正装置

7.4.3利用对数坐标图进行串联超前校正

7.5串联滞后校正

7.5.1串联滞后校正应用场合与校正结果

7.5.2串联滞后校正装置

7.5.3应用举例

7.6滞后超前校正

7.6.1串联滞后超前校正应用场合与校正结果

7.6.2串联滞后超前校正装置

7.6.3利用对数坐标图进行串联滞后超前校正

7.6.4应用举例

7.7反馈校正

7.7.1反馈的作用

7.7.2串联校正与反馈校正的比较

7．8PID控制

习题7

第8章计算机采样控制系统

8.1引言

8.2信号的采样与保持

8.2.1采样过程

8.2.2采样定理

8.2.3采样信号的保持

8.3z变换和z反变换

8.3.1z变换的定义

8.3.2z变换方法

8.3.3z变换的基本定理

8.3.4z反变换

8.4采样控制系统的数学模型

8.4.1脉冲传递函数的定义与求解

8.4.2开环采样系统的脉冲传递函数

8.5采样控制系统的性能分析

8.5.1采样控制系统的稳定性分析

8.5.2采样系统极点分布与瞬态响应的关系

8.5.3采样系统的稳态误差

8.6用MATLAB语言设计数字控制系统

习题8

参考文献

本书的特点是在论述上注意深入浅出，精讲多练，简洁实用，每章都采用MATLAB软件对系统进行分析和计算。加入新形态的方式，便于读者使用。