机械控制工程基础PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1 机械工程的发展与控制理论的应用 1

1.2 机械工程自动控制系统的基本结构及工作原理 2

1.3 机械自动控制系统的分类 10

1.4 对自动控制系统的基本要求 11

习题 12

第2章 自动控制系统的数学模型和传递函数 18

2.1 系统数学模型的建立 19

2.2 非线性数学模型的线性化 22

2.3.1 复数和复变函数 25

2.3 拉普拉斯变换 25

2.3.2 拉普拉斯变换及其逆变换的定义 26

2.3.3 典型时间函数的拉普拉斯变换 27

2.3.4 拉普拉斯变换的基本性质 30

2.3.5 拉普拉斯反变换的应用 33

2.4 传递函数 35

2.4.1 传递函数的定义 35

2.4.2 典型环节的传递函数 37

2.5 系统方框图和信号流图 44

2.5.1 系统方框图的组成 44

2.5.2 环节的基本连接方式 45

2.5.3 方框图的变换与简化 47

2.5.4 系统的信号流图及梅逊公式 50

2.6 工程实例中的数学模型与传递函数 54

2.6.1 工作台位置自动控制系统 54

2.6.2 液压伺服位置控制 58

习题 60

第3章 控制系统的时域分析法 68

3.1 典型输入信号 68

3.2 一阶系统的时间响应 70

3.2.1 一阶系统的单位脉冲响应 70

3.2.2 一阶系统的单位阶跃响应 71

3.2.3 一阶系统的单位斜坡响应 72

3.3 二阶系统的时间响应 72

3.3.1 二阶系统的单位脉冲响应 73

3.3.2 二阶系统的单位阶跃响应 74

3.3.3 二阶系统的单位斜坡响应 75

3.3.4 二阶系统时间响应的性能指标 77

3.3.5 二阶系统计算举例 80

3.4 高阶系统的时间响应分析 82

3.5 工程实例中的时域分析 84

习题 86

第4章 控制系统的频域分析法 90

4.1 频率特性概述 90

4.1.1 频率特性 90

4.1.2 频率特性的求法 91

4.1.3 频率特性的特点和作用 94

4.2 典型环节频率特性的极坐标图 96

4.2.1 极坐标图的概念 96

4.2.2 典型环节的奈奎斯特图 96

4.3 系统奈奎斯特图的画法 103

4.4 典型环节频率特性的对数坐标图 105

4.4.1 对数坐标图的概念 105

4.4.2 典型环节的Bode图 106

4.4.3 绘制系统Bode图的步骤 114

4.5 频率特性的性能指标 116

4.6 最小相位系统和非最小相位系统 117

4.7 工程实例中的频域分析 119

习题 120

第5章 线性控制系统的稳定性 123

5.1 系统稳定性的基本概念及稳定条件 123

5.2 代数稳定性判据 125

5.2.1 赫尔维茨判据 125

5.2.2 劳斯判据 127

5.2.3 谢绪恺判据 133

5.3 几何稳定性判据 134

5.3.1 幅角原理 134

5.3.2 奈奎斯特稳定性判据 136

5.3.3 应用奈奎斯特判据分析含有积分环节和延时环节系统的稳定性 139

5.3.4 根据Bode图判断系统的稳定性 141

5.4 系统的相对稳定性 144

5.5 工程实例中的稳定性分析 148

5.5.1 工作台位置自动控制系统 148

5.5.2 液压伺服位置控制 149

习题 151

第6章 根轨迹法 155

6.1 根轨迹与系统特性 155

6.2 根轨迹的幅值条件和相角条件 156

6.3 绘制根轨迹的基本规则 157

6.4 Matlab根轨迹应用举例 162

习题 168

7.1.1 系统复域误差 169

7.1 系统稳态误差的基本概念 169

第7章 控制系统的误差分析和计算 169

7.1.2 系统时域稳态误差 170

7.2 系统稳态误差的计算 170

7.2.1 系统的类型 170

7.2.2 系统的误差传递函数 171

7.2.3 静态误差系数 172

7.2.4 用Bode图确定误差常数 177

7.2.5 扰动引起的误差 179

7.3 减小稳态误差的途径 181

7.4 动态误差系数 183

7.5.2 液压伺服位置控制 185

7.5.1 工作台位置自动控制系统 185

7.5 工程实例中的误差分析 185

习题 186

第8章 控制系统性能校正 191

8.1 概述 191

8.2 系统的性能指标 192

8.3 系统闭环零点、极点的分布与系统性能的关系 194

8.3.1 系统单位阶跃输入响应 194

8.3.2 闭环零点、极点的分布与系统性能的关系 195

8.3.3 利用主导极点估计系统性能指标 195

8.4.1 反馈校正 197

8.4 并联校正 197

8.4.2 顺馈校正 198

8.5 串联校正 199

8.5.1 Bode定理简介及应用 200

8.5.2 相位超前校正 200

8.5.3 相位滞后校正 205

8.5.4 相位滞后-超前校正 208

8.6 控制器类型 211

8.6.1 比例控制器（P） 211

8.6.2 比例积分控制器（PI） 211

8.6.3 比例微分控制器（PD） 212

8.6.4 比例积分微分控制器（PID） 212

8.6.6 有源相位滞后控制器 213

8.6.5 有源相位超前控制器 213

8.6.7 有源相位滞后超前控制器 214

8.7 按希望特性设计控制器 215

8.7.1 典型Ⅰ系统（二阶希望特性系统） 215

8.7.2 典型Ⅱ型系统（三阶希望特性系统） 218

8.7.3 按希望特性设计控制器的图解法 221

8.7.4 按希望特性设计控制器的直接法 223

8.8 工程实例中的控制系统设计 225

习题 227

第9章 离散控制系统 231

9.1 离散控制系统概述 231

9.1.1 离散信号 232

9.1.2 保持器 233

9.2 Z变换和Z反变换 234

9.2.1 Z变换的定义 234

9.2.2 Z变换的性质 236

9.2.3 Z反变换 236

9.3 离散系统的传递函数 237

9.3.1 离散传递函数的求法 238

9.3.2 开环系统的脉冲传递函数 240

9.3.3 闭环系统的脉冲传递函数 241

9.4 离散系统的Z域分析 242

9.4.1 离散系统的稳定性分析 242

9.4.2 极点分布与瞬态响应的关系 245

9.4.3 离散系统的稳态误差 246

9.5 离散系统的校正与设计 247

9.5.1 模拟化设计法 247

9.5.2 离散设计法 248

9.5.3 PID数字控制器 250

习题 252

第10章 现代控制理论基础 254

10.1 系统状态空间表达式的建立 254

10.2 系统的传递矩阵 258

10.3 线性定常系统状态方程的解法 260

10.4 线性系统的可控性与可观测性 263

10.4.1 线性系统的可控性 263

10.4.2 线性系统的可观测性 266

10.5 系统的状态反馈与输出反馈 267

10.6 系统极点的配置 268

10.7 离散系统的状态空间表达式 270

10.7.1 离散系统状态空间表达式的建立 270

10.7.2 离散系统的传递矩阵 273

10.8 离散状态方程的解 274

10.9 离散系统的稳定性分析 276

10.10 离散系统的可控性与可观测性 276

习题 279

第11章 智能控制理论基础 281

11.1 智能控制的结构理论 281

11.2.1 学习控制的发展 282

11.2 学习控制系统 282

11.2.2 学习控制的基本原理 283

11.2.3 学习控制的应用举例 284

11.3 模糊控制系统 287

11.3.1 模糊控制的理论基础 287

11.3.2 模糊控制的基本原理 289

11.3.3 模糊控制的应用举例 293

11.4 专家控制系统 298

11.4.1 专家控制系统的结构 298

11.4.2 专家系统的类型 300

11.4.3 专家控制系统的应用举例 300

11.5.1 人工神经元模型 304

11.5 人工神经网络控制系统 304

11.5.2 人工神经网络的构成 305

11.5.3 人工神经网络的学习算法 306

11.5.4 人工神经网络应用举例 309

11.6 仿人智能控制 311

11.6.1 仿人智能控制的基本思想 311

11.6.2 仿人智能控制的原型算法 312

11.6.3 仿人智能控制器设计的基本步骤 313

习题 314

部分习题参考答案 315

参考文献 339