机械控制工程基础 第2版PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1 自动控制系统的基本原理 1

1.1.1 控制系统举例 1

1.1.2 反馈控制系统的构成 4

1.2 自动控制系统的分类 5

1.2.1 按控制系统有无反馈分类 5

1.2.2 按控制作用的特点分类 6

1.3 控制理论发展简史 6

1.4 本课程的教学方法 7

习题 8

第2章 控制系统的数学模型 10

2.1 控制系统的微分方程 10

2.1.1 线性系统与非线性系统 10

2.1.2 线性系统微分方程的列写 11

2.1.3 系统非线性微分方程的线性化 12

2.2 传递函数 15

2.2.1 传递函数的定义 15

2.2.2 传递函数的主要特点 15

2.3 系统的方框图及其简化 16

2.3.1 控制系统的基本连接方式 16

2.3.2 扰动作用下的闭环控制系统 18

2.3.3 方框图的绘制 19

2.3.4 方框图的变换 19

2.3.5 方框图的简化 20

2.4 典型环节的传递函数 21

2.5 利用MATLAB建立控制系统数学模型 31

2.5.1 传递函数 31

2.5.2 控制系统的零极点模型 32

2.5.3 传递函数的特征根及零极点图 34

2.5.4 控制系统的方框图模型 34

本章小结 37

习题 38

第3章 时间响应分析 40

3.1 时间响应的基本概念 40

3.1.1 概念 40

3.1.2 时间响应的组成 41

3.1.3 典型输入信号 41

3.2 一阶系统的时间响应 44

3.2.1 一阶系统的单位阶跃响应 44

3.2.2 一阶系统的单位脉冲响应 46

3.2.3 一阶系统的单位斜坡响应 46

3.2.4 线性定常系统时间响应的性质 47

3.3 二阶系统的时间响应 48

3.3.1 二阶系统的单位阶跃响应 49

3.3.2 二阶系统的单位脉冲响应 53

3.4 瞬态响应的性能指标 54

3.5 误差分析与计算 60

3.5.1 基本概念 60

3.5.2 稳态误差的计算 62

3.5.3 输入信号作用下的稳态误差与系统的关系 63

3.5.4 干扰引起的稳态误差和系统的总误差 65

3.6 基于MATLAB的控制系统时域分析 66

本章小结 71

习题 72

第4章 频率特性分析 75

4.1 频率特性的基本概念 75

4.1.1 频率响应和频率特性 75

4.1.2 频率特性的求取方法 76

4.2 频率特性的图示法 76

4.2.1 频率特性的极坐标图 76

4.2.2 频率特性的对数坐标图 77

4.3 典型环节的频率特性 77

4.3.1 比例环节 78

4.3.2 惯性环节 78

4.3.3 积分环节 80

4.3.4 微分环节 81

4.3.5 振荡环节 82

4.3.6 延迟环节 84

4.3.7 一阶微分环节 85

4.3.8 二阶微分环节 86

4.4 系统开环频率特性 86

4.4.1 系统的开环Bode图的绘制 86

4.4.2 系统开环Nyquist图的绘制 88

4.4.3 开环频率特性与闭环系统性能的关系 89

4.5 最小相位系统 92

4.5.1 最小相位系统的定义 92

4.5.2 最小相位系统的特点 92

4.6 系统闭环频率特性 93

4.6.1 闭环频率特性 93

4.6.2 频率特性的特征量 97

4.6.3 二阶系统的频域性能指标 98

4.7 频率实验法估计系统的数学模型 98

4.7.1 频率实验法一般步骤 98

4.7.2 举例 99

4.8 利用MATLAB进行控制系统的频率分析 100

本章小结 103

习题 104

第5章 控制系统的稳定性 106

5.1 系统稳定的条件 106

5.1.1 稳定性的概念 106

5.1.2 系统稳定的充要条件 107

5.2 Routh稳定判据 108

5.2.1 Routh表 108

5.2.2 Routh稳定判据 109

5.2.3 Routh表首列构成的四种情形 110

5.3 Nyquist稳定判据 113

5.3.1 理论基础 114

5.3.2 Nyquist轨迹及其映射 117

5.3.3 Nyquist稳定判据 118

5.3.4 应用举例 119

5.4 稳定性裕量 128

5.4.1 相位裕量 128

5.4.2 幅值裕量 128

5.4.3 几点说明 130

5.5 利用MATLAB进行控制系统的稳定性分析 131

本章小结 134

习题 135

第6章 系统的综合与校正 139

6.1 概述 139

6.1.1 控制系统的性能指标 139

6.1.2 控制系统的校正 141

6.2 串联校正 142

6.2.1 相位超前校正 143

6.2.2 相位滞后校正 145

6.2.3 相位滞后-超前校正 147

6.3 反馈和顺馈校正 148

6.3.1 反馈校正 148

6.3.2 顺馈校正 150

6.4 PID控制器 150

6.4.1 PD控制器 150

6.4.2 PID控制器设计 155

6.4.3 PID控制器 161

6.5 利用MATLAB进行控制系统的校正 164

6.5.1 相位超前校正 165

6.5.2 相位滞后校正 168

6.5.3 相位滞后-超前校正 171

6.5.4 PID校正 172

本章小结 175

习题 176

第7章 根轨迹法 180

7.1 根轨迹的基本概念 180

7.1.1 根轨迹的定义 180

7.1.2 闭环零、极点与开环零、极点的关系 182

7.1.3 根轨迹方程 183

7.2 根轨迹的绘制 183

7.2.1 绘制根轨迹的基本条件 183

7.2.2 绘制规则 185

7.2.3 绘制举例 191

7.3 参数根轨迹 195

7.4 多回路根轨迹 197

7.5 零度根轨迹 199

7.5.1 局部正反馈回路的根轨迹 199

7.5.2 非最小相位系统零度根轨迹 202

7.6 延迟系统根轨迹 203

7.6.1 绘制延迟系统根轨迹的条件 203

7.6.2 绘制延迟系统根轨迹的基本规则 204

7.7 控制系统根轨迹分析方法 207

7.7.1 利用根轨迹确定系统参数 207

7.7.2 利用闭环主导极点估算系统的性能指标 210

7.7.3 用根轨迹分析系统的动态性能 212

7.7.4 用根轨迹分析系统的稳态性能 214

7.7.5 开环零点、极点分布对系统性能的影响 215

7.8 利用MATLAB进行控制系统根轨迹分析 217

7.8.1 绘制根轨迹的MATLAB函数 217

7.8.2 用MATLAB绘制多回路根轨迹和求高阶代数方程的根 219

本章小结 220

习题 221

第8章 非线性系统 223

8.1 非线性系统的基本概念 223

8.1.1 典型的非线性特性 223

8.1.2 非线性系统的特殊性 225

8.1.3 非线性控制系统的分析研究方法 227

8.2 描述函数法 228

8.2.1 描述函数法的基本概念 228

8.2.2 典型非线性特性的描述函数 229

8.2.3 用描述函数法分析系统的稳定性 237

8.3 相平面法 244

8.3.1 相平面的基本概念 244

8.3.2 相轨迹的绘制方法 245

8.3.3 由相轨迹求时间信息 247

8.4 相平面分析 249

8.4.1 线性系统的相平面分析 249

8.4.2 非线性系统的相平面分析 252

8.5 非线性系统的仿真分析 258

8.6 利用Simulink进行非线性系统的分析设计 261

本章小结 264

习题 264

第9章 采样控制系统 267

9.1 概述 267

9.2 采样过程及采样定理 268

9.2.1 采样过程 268

9.2.2 采样定理 270

9.3 保持器 272

9.3.1 信号的恢复 272

9.3.2 零阶保持器 272

9.3.3 一阶保持器 274

9.4 采样系统的数学模型 275

9.4.1 差分方程 275

9.4.2 脉冲传递函数 277

9.5 采样系统的稳定性分析 285

9.5.1 采样系统稳定的条件 285

9.5.2 代数判据 286

9.5.3 采样系统的稳态误差 288

9.5.4 采样系统的动态性能分析 291

9.5.5 采样系统的校正 296

9.6 利用MATLAB进行采样控制系统分析 301

9.6.1 z变换与z反变换 301

9.6.2 采样控制系统设计 302

本章小结 304

习题 305

附录 309

附录A 拉普拉斯变换 309

附录B z变换 321

附录C 机械控制工程虚拟实验系统 331

参考文献 337