控制工程基础

第1章绪论

1.1控制工程概述

1.2控制系统的结构

1.2.1开环控制系统

1.2.2闭环控制系统

1.2.3反馈控制系统的组成

1.3控制系统的基本类型

1.3.1按输入信号的特征分类

1.3.2按控制器的实现方式分类

1.3.3按有无误差分类

1.4对控制系统的基本要求

1.4.1稳定性

1.4.2快速性

1.4.3准确性

习题

第2章控制系统的数学模型

2.1控制系统的微分方程

2.1.1线性系统与非线性系统

2.1.2微分方程的建立

2.1.3微分方程的求解

2.2控制系统的传递函数

2.2.1传递函数的定义

2.2.2传递函数的特点

2.2.3传递函数的形式

2.3典型环节的传递函数

2.3.1比例环节

2.3.2微分环节

2.3.3积分环节

2.3.4惯性环节

2.3.5一阶微分环节

2.3.6二阶振荡环节

2.3.7二阶微分环节

2.3.8延时环节

2.4控制系统的函数方框图模型

2.4.1控制系统的基本连接方式

2.4.2扰动作用下的闭环控制系统

2.4.3函数方框图的绘制

2.4.4函数方框图的简化

2.5典型系统的数学模型分析

2.5.1机械系统

2.5.2电气系统

2.5.3机电液系统

习题

第3章控制系统的时域分析

3.1控制系统的瞬态响应

3.1.1典型输入信号

3.1.2时间响应及其组成

3.1.3控制系统的时域性能指标

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

3.3二阶系统的时间响应

3.3.1二阶系统的数学模型

3.3.2二阶系统的时间响应

3.3.3二阶系统的时域性能指标

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高阶系统的性能分析

习题

第4章控制系统的频率特性分析

4.1频率特性的基本概念

4.1.1频率响应

4.1.2频率特性及其求取方法

4.1.3频率特性的图形表示法

4.2典型环节的频率特性

4.2.1比例环节

4.2.2积分和微分环节

4.2.3一阶环节

4.2.4二阶环节

4.2.5延时环节

4.3控制系统的频率特性分析

4.3.1系统开环频率特性图

4.3.2系统开环对数频率特性图

4.3.3最小相位系统与非最小相位系统

4.4闭环系统的频域分析

4.4.1闭环系统的频率特性图

4.4.2由开环频率特性估计闭环频率特性

4.4.3闭环系统频域性能分析

习题

第5章控制系统的性能分析

5.1控制系统的稳定性分析

5.1.1控制系统稳定性的基本概念

5.1.2代数稳定判据

5.1.3控制系统稳定性的频域判据

5.1.4控制系统的相对稳定性分析

5.2控制系统的稳态性能分析

5.2.1系统误差和误差传递函数

5.2.2系统静态误差的计算

5.2.3动态误差分析

5.2.4系统开环对数幅频特性与闭环稳态误差的关系

5.3控制系统的动态性能分析

5.3.1系统动态性能与开环频率特性间的关系

5.3.2系统动态性能与闭环频率特性间的关系

习题

第6章控制系统的综合与校正

6.1控制系统校正概述

6.2控制系统的串联校正

6.2.1相位超前校正

6.2.2相位滞后校正

6.2.3滞后一超前校正

6.2.4PID校正

6.3控制系统的并联校正

6.3.1反馈校正

6.3.2顺馈校正

习题

第7章采样控制系统分析基础

7.1概述

7.2信号的采样与复原

7.2.1信号的采样

7.2.2信号的复原

7.3z变换

7.3.1z变换的定义

7.3.2z变换的性质

7.3.3z反变换

7.4线性离散系统的差分方程

7.4.1差分方程的数学描述

7.4.2差分方程的求解

7.5脉冲传递函数

7.5.1脉冲传递函数的定义

7.5.2脉冲传递函数的求解方法

7.5.3脉冲传递函数的连接方式

7.5.4闭环系统的脉冲传递函数

7.6采样控制系统的性能分析

7.6.1采样控制系统的稳定性分析

7.6.2采样控制系统的稳态性分析

7.6.3采样控制系统的动态特性分析

习题

第8章基于MATLAB语言的控制系统分析

8.1MATLAB语言简介

8.1.1基本操作及命令

8.1.2MATLAB函数

8.1.3绘制响应曲线

8.1.4MATLAB语言的联机帮助功能

8.2数学模型的MATLAB描述

8.2.1连续系统数学模型的MATLAB表示

8.2.2离散系统数学模型的MATLAB表示

8.2.3模型之间的转换

8.2.4控制系统的建模

8.2.5simulink建模方法复杂系统的模型处理方法

8.3控制系统的性能分析

8.3.1控制系统的时域分析

8.3.2控制系统的频域分析

8.3.3控制系统的稳定性分析

8.4控制系统的校正

习题

附录A拉普拉斯变换

一、拉普拉斯变换

二、拉普拉斯变换的基本定理

三、拉普拉斯反变换

四、拉普拉斯变换应用举例

参考文献

　　全书共分8章，包括绪论、控制系统的数学模型、控制系统的时域分析、控制系统的频率特性分析、控制系统的性能分析、控制系统的综合与校正、采样控制系统分析基础及基于MATLAB语言的控制系统分析等内容。本书在阐述上力求内容精简，重点突出，浅显易懂，并有创新，重点是系统性能分析和系统性能改进，而不是系统设计。因此，本书不仅有意识地将工程系统的稳定性、稳态性及动态性等性能问题结合于各章节中介绍，而且将控制系统性能分析独立成章(第5章)。此外，本书还以高性能的数值计算和可视化软件MATLAB为工具，阐述了基于MATLAB的控制系统仿真分析。　　本书以分析工程控制系统的性能为目的，总结了近年来教学实践和教学改革的经验，并借鉴了国内外同类优秀教材编撰而成。书中以大量机电系统的实际例子渗透于各个章节，使读者掌握控制工程在工程实际中的应用。　　全书共分8章，主要介绍了控制工程的基本概念和反馈控制的基本结构；控制系统的数学模型；控制系统时域分析法和控制系统的性能指标及其计算方法；控制系统频率分析法和闭环性能频域指标及其计算；控制系统的性能分析；控制系统的综合与校正；采样控制系统分析；基于MATLAB的控制系统仿真。书中每章均配有一定数量的典型例题和习题，便于读者学习和巩固所学知识。　　本书主要面向机电类专业的“控制工程基础”本科生教学，也可供工程技术人员参考。对了专科生和少学时专业可适当调整学时数。读者通过对本课程的学习，不仅能掌握经典控制理论的基本分析和综合方法，而且基本能应用MATLAB软件分析和设计工程控制系统。