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 本课程的特点及学习方法

习题

第2章 系统的数学模型

2.1 引言

2.1.1 系统的数学模型

2.1.2 线性系统

2.1.3 非线性系统

2.2 线性微分方程式的建立

2.2.1 建立线性微分方程式的步骤

2.2.2 举例

2.3 非线性系统的线性化

2.4 拉普拉斯变换

2.4.1 拉普拉斯变换的定义

2.4.2 拉氏变换的主要定理

2.4.3 拉普拉斯反变换

2.4.4 用拉氏变换解常系数线性微分方程

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 信号流程图及梅逊公式

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 梅逊公式

2.8 利用MATLAB语言进行数学模型的描述

习题

第3章 时间特性分析法

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 时间特性的计算机求解

习题

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 伯德图（Bode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 控制系统开环伯德图和最小相位系统

4.4.1 控制系统开环伯德图

4.4.2 最小相位系统

4.5 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 由伯德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 极坐标奈奎斯特（Nyquist）图

4.7.2 对数幅频特性图（伯德图）

4.7.3 对数幅相频率特性图（尼科尔斯图）

习题

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 绘制根轨迹的基本条件

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（此节可在学完

第6章之后学习）

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

第6章 控制系统的稳定性分析

6.1 控制系统稳定性的基本概念

6.1.1 稳定性概念

6.1.2 系统稳定的条件

6.2 代数稳定判据

6.2.1 劳斯稳定判据

6.2.2 赫尔维茨稳定性判据

6.3 奈奎斯特稳定判据

6.3.1 奈奎斯特稳定判据简介

6.3.2 稳定裕度

6.3.3 伯德图判据

6.4 用MATLAB语言分析稳定性

6.4.1 代数稳定判断

6.4.2 用伯德图法判断系统稳定性

习题

第7章 控制系统的误差分析与计算

7.1 控制系统的稳态误差概念

7.2 输入引起的稳态误差

7.2.1 误差传递函数与稳态误差

7.2.2 静态误差系数

7.2.3 其他输入信号时的误差

7.3 存在扰动时的稳态误差

7.4 减小稳态误差的方法

7.5 利用MATLAB语言计算系统的稳态误差

习题

第8章 系统的设计与校正

第9章 计算机采样控制系统

部分习题参考答案

参考文献

本书是在第1版的基础上，引入近年来的相关发展重新编写而成的。本书介绍工程上广为应用的经典控制论中信息处理和系统分析与综合的基本方法。全书共分9章，分别为： 绪论、系统的数学模型、时间特性分析法、频率特性分析法、根轨迹法、控制系统的稳定性分析、控制系统的误差分析与计算、系统的设计与校正、计算机采样控制系统。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。本书适用于高等学校机械工程及自动化以及机械设计制造及其自动化等专业大学本科生教材，也可供有关专业工程技术人员参考。

本教材是在祝守新、邢英杰和韩连英编著的《机械工程控制基础》**版的基础上，引入近年来相关内容的发展重新编写的，主要是面对机械类及其他非控制类专业本科生，是普通高等院校机电工程类规划教材，主要面向本书介绍工程上广为应用的经典控制论中信息处理和系统分析与综合的基本方法。全书共分九章：**章绪论，第二章系统的数学模型，第三章时间特性分析法，第四章频率分析法，第五章根轨迹法，第六章控制系统的稳定性分析，第七章控制系统的误差分析与计算，第八章系统的设计与校正，第九章计算机采样控制系统。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。