控制工程基础

1概论

1.1控制理论在工程中的应用和发展

1.2自动控制系统的基本概念

1.3控制理论在机械制造工业中的应用

1.4课程主要内容及学时安排

例题及习题

2控制系统的动态数学模型

2.1微分方程表示的基本环节数学模型

2.2数学模型的线性化

2.3拉氏变换及反变换

2.4传递函数以及典型环节的传递函数

2.5系统函数方块图及其简化

2.6系统信号流图及梅逊公式

2.7受控机械对象数学模型

2.8绘制实际物理系统的函数方块图

1概论

1.1控制理论在工程中的应用和发展

1.2自动控制系统的基本概念

1.3控制理论在机械制造工业中的应用

1.4课程主要内容及学时安排

例题及习题

2控制系统的动态数学模型

2.1微分方程表示的基本环节数学模型

2.2数学模型的线性化

2.3拉氏变换及反变换

2.4传递函数以及典型环节的传递函数

2.5系统函数方块图及其简化

2.6系统信号流图及梅逊公式

2.7受控机械对象数学模型

2.8绘制实际物理系统的函数方块图

2.9控制系统数学模型的MATLAB实现

2.10状态空间方程的基本概念

例题及习题

3时域瞬态响应分析

3.1时域响应以及典型输入信号

3.2一阶系统的瞬态响应

3.3二阶系统的瞬态响应

3.4时域分析性能指标

3.5高阶系统的瞬态响应

3.6借助MATLAB进行系统时间响应分析

3.7时域瞬态响应的实验方法

例题及习题

4控制系统的频率特性

4.1机电系统频率特性的概念及其基本实验方法

4.2极坐标图

4.3对数坐标图

4.4由频率特性曲线求系统传递函数

4.5由单位脉冲响应求系统的频率特性

4.6对数幅相特性图

4.7控制系统的闭环频响

4.8机械系统动刚度的概念

4.9借助MATLAB进行控制系统的频域响应分析

4.10小结

例题及习题

5控制系统的稳定性分析

5.1系统稳定性的基本概念

5.2系统稳定的充要条件

5.3代数稳定性判据

5.4乃奎斯特稳定性判据

5.5应用乃奎斯特稳定性判据分析延时系统的稳定性

5.6由伯德图判断系统的稳定性

5.7控制系统的相对稳定性

5.8借助MATLAB分析系统稳定性

例题及习题

6控制系统的误差分析和计算

6.1稳态误差的基本概念

6.2输入引起的稳态误差

6.3干扰引起的稳态误差

6.4减小系统误差的途径

6.5动态误差系数

例题及习题

7控制系统的综合与校正

7.1系统的性能指标

7.2系统的校正概述

7.3串联校正

7.4反馈校正

7.5用频率法对控制系统进行综合与校正

7.6典型控制系统举例

7.7确定PID参数的其他方法

7.8MATLAB在系统综合校正中的应用

7.9小结

例题及习题

8根轨迹法

8.1根轨迹与根轨迹方程

8.2绘制根轨迹的基本法则

8.3其他参数根轨迹图的绘制

8.4根轨迹图绘制举例

8.5系统闭环零点、极点的分布与性能指标

8.6借助MATLAB进行系统根轨迹分析

例题及习题

9控制系统的非线性问题

9.1概述

9.2描述函数法

9.3相轨迹法

9.4李雅普诺夫稳定性方法

9.5借助MATLAB分析系统非线性

例题及习题

10计算机控制系统

10.1计算机控制系统概述

10.2线性离散系统的数学模型

10.3线性离散系统的性能分析

10.4计算机控制系统的模拟化设计方法

10.5MATLAB在计算机控制系统中的应用

例题及习题

11基于LabVIEW的控制系统动态仿真演示软件

11.1LabVIEW介绍

11.2借助LabVIEW建立和分析控制系统

11.3借助LabVIEW分析控制系统的时域特性

……

附录A拉普拉斯变换表

附录B高阶最优模型最佳比的证明

习题参考答案

参考文献

该教材是在董景新等编著的《控制工程基础》第3版的基础上，引入近年来相关内容的发展重新编写的，主要面向机械类、仪器类及其他非控制专业本科生，被列入普通高等教育国家级规划教材建设项目。主要内容包括：控制系统的动态数学模型、时域瞬态响应分析、控制系统的频率特性、控制系统的稳定性分析、控制系统的误差分析和计算、控制系统的综合与校正、根轨迹法、控制系统的非线性问题、计算机控制系统、MATLAB软件工具在控制系统分析和综合中的应用、LabVIEW工具在控制系统分析和综合中的应用。该教材突出机械运动作为主要控制对象，并对其数学模型和分析综合重点做了介绍；着重基本概念的建立和解决机电控制问题的基本方法的阐明，并简化或略去与机电工程距离较远、较艰深的严格数学推导内容；引入和编写了较多的例题与习题，便于自学；该教材融入了有关的机电一体化新技术和新分析方法，可供相关领域的科技人员参考。同时，为了配合该教材的使用，还编写了《控制工程基础实验指导》和《控制工程基础习题解》以供选用。

该教材是在董景新、赵长德、郭美凤、陈志勇、李冬梅编著的《控制工程基础》第三版的基础上重新编写的。《控制工程基础》第三版自2009年6月正式出版已五年多。自第一、二、三版教材相继出版以来，该教材随着“控制工程基础”课程在全国各高等院校的机械类、仪器类等非控制专业逐渐普遍开设，以及本教材声誉的不断提升，对教材的需求量也稳步增加。自出版以来根据需求该教材多次重新印刷，第一版11年时间累计印刷11次，总印数达53000册；第二版5年多时间累计印刷10次，总印数达60000册；第三版不到5年时间就累计12次印刷，总印数已达62500册。随着本课程相继被评为清华大学、北京市和国家级精品课程，评为国家级精品资源共享课，在清华大学等院校将本课程确定为机械学院平台课。除本校使用该教材外，另有约100所兄弟院校的仪器仪表类和机械类专业将我们编著的教材选为使用教材和研究生入学考试参考书。