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 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

5.9 李雅普诺夫稳定性方法

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

7.8 MATLAB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

10.5 MATLAB在计算机控制系统中的应用

例题及习题

附录A 拉普拉斯变换表

附录B 高阶最优模型最佳频比的证明

习题参考答案

参考文献

本教材是在董景新、赵长德等编著的《控制工程基础（第2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“十一五”国家级规划教材。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。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作了介绍；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, 并简化或略去了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和习题,便于自学。本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，为了配合本教材的使用，还制作了《控制工程基础实验指导》、教师用《控制工程基础习题解》和多媒体课件，以供选用。