机械工程控制基础

前言

第1章 绪论

1.1 控制系统举例

1.2 自动控制系统的基本概念

1.2.1 自动控制系统的工作原理

1.2.2 对控制系统的基本要求

1.2.3 控制系统的基本控制方式

1.2.4 自动控制系统的基本组成

1.2.5 自动控制系统的名词术语

1.3 自动控制系统的分类

1.3.1 按输入量的变化规律进行分类

1.3.2 按系统中传递信号的性质分类

1.4 控制理论发展简史

1.5 本课程的教学方法

习题

第2章 控制系统的数学模型

2.1 概念

2.1.1 数学模型的概念

2.1.2 线性系统与非线性系统

2.2 控制系统的微分方程

2.2.1 建立微分方程的基本步骤

2.2.2 机械系统的微分方程

2.2.3 电气系统的微分方程

2.2.4 机电系统的微分方程

2.2.5 非线性微分方程的线性化

2.3 拉氏变换和反变换

2.3.1 拉氏变换的定义

2.3.2 几种典型函数的拉氏变换

2.3.3 拉氏变换的性质

2.3.4 拉氏反变换

2.3.5 应用拉氏变换解线性微分方程

2.4 传递函数

2.4.1 传递函数的定义

2.4.2 典型环节的传递函数

2.5 系统的方框图和信号流图

2.5.1 系统方框图的组成

2.5.2 环节的基本连接方式

2.5.3 方框图的变换与简化

2.5.4 系统的信号流图及其简化

2.5.5 梅逊公式及其应用

习题

第3章 控制系统的时域分析

3.1 时间响应与典型输入信号

3.1.1 时间响应及其组成

3.1.2 典型输入信号

3.1.3 瞬态响应的性能指标

3.2 一阶系统的时间响应

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 一阶系统的单位脉冲响应

3.2.4 一阶系统的单位斜坡响应

3.2.5 线性定常系统时间响应的主要特征

3.3 二阶系统的时间响应

3.3.1 二阶系统的数学模型

3.3.2 二阶系统的单位阶跃响应

3.3.3 二阶系统的单位脉冲响应

3.3.4 二阶系统的瞬态响应性能指标

3.4 高阶系统的时间响应

3.4.1 高阶系统的时间响应分析

3.4.2 高阶系统的简化

3.4.3 高阶系统的瞬态响应性能指标估算

方法

3.5 计算机辅助时域分析

习题

第4章 控制系统的频率特性

4.1 频率特性的基本概念

4.1.1 频率响应与频率特性

4.1.2 频率特性的求取方法

4.1.3 频率特性的表示方法

4.2 典型环节的极坐标图

4.2.1 比例环节

4.2.2 积分环节

4.2.3 微分环节

4.2.4 惯性环节

4.2.5 一阶微分环节

4.2.6 振荡环节

4.2.7 二阶微分环节

4.2.8 延迟环节

4.2.9 系统奈奎斯特图的画法

4.3 典型环节的对数坐标图

4.3.1 比例环节

4.3.2 积分环节

4.3.3 微分环节

4.3.4 惯性环节

4.3.5 一阶微分环节

4.3.6 振荡环节

4.3.7 二阶微分环节

4.3.8 延迟环节

4.3.9 伯德图的一般绘制方法

4.4 系统开环频率特性的实验确定方法

4.4.1 开环频率特性的实验分析法

4.4.2 由实验的开环对数坐标图确定（估计）系统的开环频率特性

4.5 闭环频率特性及频域性能指标

4.5.1 闭环频率特性

4.5.2 闭环系统的频域性能指标

4.5.3 系统的频域指标与时域指标之间的关系

4.6 最小相位系统与非最小相位系统

4.6.1 最小相位传递函数与最小相位系统

4.6.2 产生非最小相位的一些环节

习题

第5章 控制系统的稳定性

5.1 稳定性的基本概念

5.1.1 稳定性的定义

5.1.2 控制系统的稳定性条件

5.1.3 线性系统稳定的充分必要条件

5.2 代数稳定性判据

5.2.1 劳斯判据

5.2.2 赫尔维茨判据

5.3 几何稳定性判据

5.3.1 幅角定理

5.3.2 奈奎斯特稳定性判据

5.3.3 对数频率特性的稳定性判据

5.4 系统的相对稳定性

5.4.1 相位稳定裕度

5.4.2 幅值稳定裕度

5.4.3 影响系统稳定性的主要因素

5.5 切削的数学模型及稳定性分析

5.5.1 切削系统的数学模型

5.5.2 切削稳定性分析

习题

第6章 控制系统的根轨迹

6.1 根轨迹与控制系统特性

6.1.1 根轨迹的基本概念

6.1.2 根轨迹与系统性能

6.2 绘制根轨迹的基本法则

6.2.1 绘制根轨迹的相位条件和幅值条件

6.2.2 绘制根轨迹的基本规则

6.3 用根轨迹分析控制系统的性能

6.3.1 根轨迹确定系统的有关参数

6.3.2 指定K1时的闭环传递函数

6.3.3 确定具有指定阻尼比ξ的闭环极点和单位阶跃响应

6.4 利用MATLAB绘制系统根轨迹

习题

第7章 控制系统的误差分析

7.1 误差的概念

7.1.1 误差

7.1.2 偏差信号

7.1.3 误差信号

7.1.4 期望输出信号的确定

7.1.5 偏差信号与误差信号的关系

7.2 系统的类型

7.3 静态误差

7.3.1 静态误差系数和静态误差的计算

7.3.2 干扰输入作用下的静态误差

7.3.3 复合控制系统的误差分析

7.4 动态误差

7.5 工程中的误差分析实例

习题

第8章 控制系统的综合与校正

8.1 控制系统校正的基本概念

8.1.1 控制系统校正与校正装置

8.1.2 控制系统的性能指标

8.1.3 校正方式

8.2 校正装置及其特性

8.2.1 超前校正装置

8.2.2 滞后校正装置

8.2.3 滞后-超前校正装置

8.3 串联校正

8.3.1 相位超前校正

8.3.2 相位滞后校正

8.3.3 串联滞后-超前校正

8.4 并联校正

8.4.1 反馈校正

8.4.2 前馈校正（复合校正）

8.5 控制器类型

8.6 控制器控制规律的实现

8.6.1 PD控制规律的实现

8.6.2 PI控制规律的实现

8.6.3 PID控制规律的实现

8.7 按期望特性设计控制器

8.8 工程中的控制系统设计实例

习题

参考文献

《普通高等教育“十二五”规划教材：机械工程控制基础》主要讨论控制系统的一般分析、综合方法以及基本理论，主要内容包括：绪论，控制系统的数学模型、时域分析、频率特性、稳定性、根轨迹、误差分析、综合与校正，并结合工程应用实际介绍了经典控制理论在现代工业生产中的应用。内容的编写上，着重拓宽基础知识面，加强工程背景知识，以培养学生创新能力和工程实践能力为原则，通过对应用实例的分析提高学生解决问题的能力。为帮助读者理解掌握各章内容，书中有针对性地设置了一定量的习题。
　　《普通高等教育“十二五”规划教材：机械工程控制基础》的特点是论述深入浅出，精讲多练，简洁实用，适用于应用型本科院校机械类专业，也可作为相关专业的教学参考书，同时还可供有关专业工程技术人员参考。