工程控制基础

第1章 导论

1.1 引言

1.2 自动控制系统的基本原理和组成

1.2.1 自动控制系统基本原理

1.2.2 自动控制系统的组成

1.3 自动控制系统的分类

1.3.1 按信号的传递路径来分

1.3.2 按系统输出信号的变化规律来分

1.3.3 按系统传输信号的性质来分

1.3.4 按系统的输入输出特性不同来分

1.4 控制系统实例

1.4.1 内燃机的转速控制系统

1.4.2 角度随动系统

1.5 本书概貌

习题

第2章 控制系统的数学模型

2.1 控制系统的时域数学模型——微分方程

2.1.1 系统的微分方程举例

2.1.2 非线性系统的线性化

2.2 控制系统的复域数学模型——传递函数

2.2.1 传递函数定义

2.2.2 传递函数性质

2.3 控制系统的频域数学模型——频率特性

2.4 典型环节及其传递函数

2.4.1 比例环节

2.4.2 微分环节

2.4.3 积分环节

2.4.4 惯性环节（非周期环节）

2.4.5 振荡环节

2.4.6 时间延迟环节（时滞环节）

2.5 控制系统的方块图

2.5.1 系统方块图

2.5.2 方块图的基本运算法则

2.5.3 系统常用的传递函数

2.5.4 方块图的简化法则

2.6 信号流图

2.6.1 几个定义

2.6.2 信号流图的性质及运算法则

2.6.3 信号流图与方块图之间等效关系

2.6.4 梅逊（Mason）公式

2.7 物理元件和系统的数学模型

2.7.1 机械系统

2.7.2 电气系统

2.7.3 热力系统

2.7.4 液位系统

2.7.5 典型位置随动系统的数学模型

2.8 MATLAB在系统数学模型转换中的应用

2.8.1 MATLAB中传递函数的分式多项式的表示

2.8.2 传递函数的零极点表示

2.8.3 用MATLAB计算系统的传递函数

2.8.4 MATLAB中多项式与因式分解形式的互相转换

小结

习题

第3章 自动控制系统的时域分析

3.1 常用的典型测试信号

3.1.1 阶跃信号

3.1.2 速度信号（斜坡信号）

3.1.3 加速度信号（抛物线信号）

3.1.4 脉冲信号

3.1.5 正弦信号

3.2 控制系统的稳定牲分析

3.2.1 稳定性的基本概念

3.2.2 线性定常系统稳定的充分必要条件

3.2.3 劳斯（Routh）稳定性判据

……

第4章 根轨迹法

第5章 线性系统的频域分析——频率响应法

第6章 线性控制系统的设计

第7章 非线性反馈控制系统

第8章 计算机控制系统

附录1 常见系统的根轨迹

附录2 拉氏变换及z变换表

附录3 常用校正装置

参考文献

本书的主要任务是讲清自动控制系统的基本原理，指导学生学会对实际控制系统的抽象，完成机构图的绘制、数学模型的建立和对控制系统的分析与设计。主要包括系统在三域（时域、复域、频域）中的数学模型，系统分析的三要素（稳定性、静态特性和动态特性），以及基于根轨迹法和频率法设计系统各种校正装置的方法，等等。 MATLAB是当前一种常用的计算机辅助设计软件，它为控制系统的分析与设计提供了专用的工具包。本书在各章都将介绍MATLAB的相关应用。本书基本概念清晰，工程实例丰富，配有大量习题（包括一般题、深入题、实际题和MATLAB题）。本书可作为高等学校工科各专业，如电子信息类、机械工程类、电气工程类、仪器仪表类、工程物理类等专业本科生学习控制理论的教材，也可供相关领域专业技术人员参考。

在指导思想上，强调与IT技术的结合。随着科技的进步，利用现代手段完成运动方程的直接求解和工程计算已不再困难。为此，《工程控制基础/全国高等学校自动化专业系列教材·普通高等教育“十一五”国家级规划教材》引入了计算机在控制系统分析、设计和仿真等方面的应用。
在体系结构上，理清“三纵三横”。“三纵”指系统在三域（时域、复域、频域）中的数学模型，结合系统的数学模型，讲清工程求解与理论计算之间的内在联系与区别，使学习者统观全局，树立一个“纵向”的思路；“三横”指掌握系统分析的三要素：稳定性、静态特性和动态特性，抓住系统分析设计的关键，有利于学习者建立一个“横向”的思路。
在内容安排上，坚持“加强基础、削枝强干”。强化计算机的辅助设计，淡化工程求解的过程分析；增加工程实例，讲清物理概念；引入计算机控制技术，利用计算机特有的存储、运算、比较、判断、交互及外围设备的优势，实现“根据不同对象选择不同的控制策略，根据不同的要求采用不同的整定参数”来改善系统的控制质量。