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 引言 1

1.1.1 控制理论的发展 2

1.1.2 MATLAB工程软件 3

1.2 自动控制系统的基本概念 3

1.2.1 自动控制系统的工作原理 3

1.2.2 自动控制系统的基本控制方式 5

1.2.3 自动控制系统的基本组成 7

1.3 自动控制系统的分类 8

1.4 对控制系统的基本要求 9

1.5 本课程的学习方法 10

本章小结 10

思考题与习题 10

第2章 控制系统的数学模型 12

2.1 拉普拉斯变换的数学方法 13

2.1.1 复数与复变函数 13

2.1.2 拉普拉斯变换 15

2.1.3 拉普拉斯变换定理 17

2.1.4 拉普拉斯逆变换 21

2.1.5 用拉普拉斯变换解微分方程 25

2.2 控制系统的微分方程 26

2.2.1 线性系统微分方程的建立 26

2.2.2 非线性系统微分方程的线性化 29

2.3 传递函数 30

2.3.1 传递函数概述 31

2.3.2 典型环节的传递函数 32

2.3.3 传递函数的标准形式 34

2.4 控制系统的结构图及其等效变换 36

2.4.1 结构图概述 36

2.4.2 结构图等效变换 39

2.5 控制系统的传递函数 43

2.5.1 系统开环传递函数 43

2.5.2 系统闭环传递函数 43

2.6 信号流图与Mason公式 46

2.6.1 信号流图 46

2.6.2 Mason公式 49

2.7 控制系统数学模型的MATLAB实现 52

2.7.1 拉普拉斯变换与逆变换 53

2.7.2 传递函数的MATLAB描述 53

2.7.3 数学模型的转换 56

2.7.4 系统结构图的简化 56

本章小结 59

思考题与习题 59

第3章 控制系统的时域分析 63

3.1 时间响应与典型输入信号 64

3.1.1 时间响应的概念 64

3.1.2 典型输入信号 64

3.2 一阶系统的时间响应 66

3.2.1 一阶系统的数学模型 66

3.2.2 一阶系统的单位脉冲响应 66

3.2.3 一阶系统的单位阶跃响应 67

3.2.4 一阶系统的单位速度响应 68

3.3 二阶系统的时间响应 69

3.3.1 二阶系统的数学模型 69

3.3.2 二阶系统的单位阶跃响应 70

3.4 瞬态响应的性能指标 73

3.5 稳态误差分析与计算 78

3.5.1 稳态误差的概念 78

3.5.2 稳态误差的计算 80

3.5.3 稳态误差系数 81

3.5.4 干扰作用下的稳态误差 83

3.6 控制系统的稳定性分析 85

3.6.1 系统稳定性的基本概念 85

3.6.2 Routh-Hurwitz稳定判据 85

3.7 MATLAB环境下时域响应分析 90

本章小结 94

思考题与习题 94

第4章 控制系统的频域分析 96

4.1 频率特性的基本概念 97

4.1.1 频率特性概述 97

4.1.2 频率特性的求取方法 99

4.1.3 频率特性的表示法 101

4.2 典型环节的频率特性 104

4.2.1 比例环节 105

4.2.2 积分环节 106

4.2.3 惯性环节 108

4.2.4 振荡环节 110

4.2.5 微分环节 112

4.2.6 延时环节 116

4.2.7 最小相位系统与非最小相位系统 117

4.3 控制系统的开环频率特性 118

4.3.1 系统开环幅相频率特性 118

4.3.2 系统开环对数频率特性 123

4.4 控制系统的频域稳定性分析 127

4.4.1 系统开环频率特性与闭环特征式的关系 128

4.4.2 幅角变化与系统稳定性的关系 129

4.4.3 Nyquist稳定判据 129

4.4.4 应用Bode图判断闭环系统的稳定性 133

4.5 开环频率特性分析 134

4.5.1 开环频域性能指标 135

4.5.2 开环频率特性与时域指标的关系 138

4.5.3 开环频域指标与中频段特性 142

4.6 闭环频率特性分析 143

4.6.1 闭环频率特性 144

4.6.2 闭环频域指标 144

4.6.3 闭环频域指标与时域指标 145

4.7 MATLAB在系统频域分析中的应用 146

本章小结 149

思考题与习题 150

第5章 控制系统的根轨迹 153

5.1 根轨迹与控制系统特性 153

5.1.1 根轨迹基本概念 153

5.1.2 相角条件和幅值条件 155

5.2 绘制根轨迹的基本法则 156

5.2.1 常规根轨迹 156

5.2.2 参数根轨迹 164

5.3 用根轨迹分析控制系统性能 166

5.4 利用MATLAB绘制系统根轨迹 168

本章小结 170

思考题与习题 170

第6章 控制系统的综合与校正 173

6.1 控制系统校正的基本概念 173

6.1.1 控制系统校正与校正装置 173

6.1.2 控制系统的性能指标 174

6.1.3 校正方式 175

6.2 常用校正装置及其特性 176

6.2.1 超前校正装置 176

6.2.2 滞后校正装置 179

6.2.3 滞后—超前校正装置 181

6.3 串联校正 184

6.3.1 相位超前校正 185

6.3.2 相位滞后校正 187

6.3.3 串联滞后—超前校正 190

6.4 并联校正 192

6.4.1 反馈校正 192

6.4.2 前馈校正 195

6.5 MATLAB在系统校正中的应用 196

本章小结 201

思考题与习题 201

第7章 控制工程典型案例 203

7.1 海底隧道钻机控制系统 203

7.2 哈勃太空望远镜指向控制系统 205

7.3 火星漫游车转向控制系统 208

7.4 遥控侦察车速度控制系统 211

7.5 雕刻机控制系统 212

7.6 转子绕线机控制系统 215

7.7 六足机器人单足控制系统 218

7.8 打印机皮带驱动系统 221

附录A常用函数的拉普拉斯变换表 226

附录B常用控制工程术语汉英对照表 228

思考题与习题参考答案 231

参考文献 238