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第1章 绪论 1

1.1 机械工程控制概述 1

1.1.1 控制理论与机械工程控制 1

1.1.2 机械工程控制论的研究对象与任务 2

1.2 控制系统的分类及组成 4

1.2.1 控制系统的几种分类 4

1.2.2 控制系统的基本组成 7

1.3 控制系统的基本要求 8

1.4 控制工程的发展与应用 9

1.4.1 自动控制的发展阶段 9

1.4.2 控制理论在机械制造发展中的应用 11

1.5 本教材的结构体系 12

本章小结 12

习题 13

第2章 控制系统的数学模型 16

2.1 系统的数学模型 16

2.1.1 系统的数学模型及分类 16

2.1.2 列写系统数学模型的一般方法 17

2.2 系统的微分方程 17

2.2.1 列写微分方程的一般步骤 17

2.2.2 典型系统的微分方程 18

2.3 系统的传递函数 21

2.3.1 传递函数的基本概念 22

2.3.2 系统的特征方程、零点和极点及复域特征 23

2.3.3 典型环节的传递函数 24

2.3.4 系统传递函数的几个问题 32

2.4 系统的传递函数方框图 34

2.4.1 控制系统数学模型图形化的优点 34

2.4.2 方框图的结构要素及建立 35

2.4.3 传递函数方框图的等效变换 39

2.4.4 复杂传递函数方框图化简与直接列写 41

2.4.5 输入和干扰同时作用下的系统传递函数 43

2.5 控制系统职能框图到传递函数框图的转化 45

本章小结 49

习题 49

第3章 控制系统的时域分析法 53

3.1 系统响应的构成和系统动态特性的时域特征 53

3.1.1 时间响应及组成 53

3.1.2 典型输入信号 55

3.2 控制系统时域动态性能分析 58

3.2.1 控制系统时域分析的基本方法及步骤 58

3.2.2 一阶系统的时间响应 58

3.2.3 二阶系统的时间响应 61

3.2.4 控制系统的时域性能指标及计算 65

3.2.5 高阶系统的时域分析 73

3.3 控制系统稳定性时域分析 76

3.3.1 系统稳定性的概念 76

3.3.2 线性系统稳定性的充分必要条件 76

3.3.3 劳斯（Routh）稳定性判据 77

3.4 控制系统误差时域分析及计算 81

3.4.1 系统的误差与偏差 82

3.4.2 系统的稳态误差与稳态偏差 82

3.4.3 系统的型次与偏差系数 83

3.4.4 扰动作用下的稳态误差 87

3.4.5 提高系统稳态精度的措施 88

本章小结 90

习题 90

第4章 控制系统的频域分析法 95

4.1 频域特性的基本概念 95

4.1.1 频率特性 95

4.1.2 对数频率特性 98

4.2 典型环节及一般系统的频率特性 100

4.3 频率特性的性能指标 110

4.4 Nyquist和Bode稳定判据 112

4.4.1 幅角原理 112

4.4.2 Nyquist稳定判据 113

4.4.3 原点为开环极点时的Nyquist判据 114

4.4.4 根据Bode图判断系统的稳定性 116

4.5 控制系统的相对稳定性 117

本章小结 120

习题 120

第5章 控制系统校正与工程设计 123

5.1 控制系统的设计与校正概述 123

5.1.1 校正的概念 123

5.1.2 校正的方式 124

5.1.3 校正装置 124

5.2 控制系统的设计指标要求 125

5.2.1 控制系统时频性能指标及误差准则 125

5.2.2 频域性能指标与时域性能指标的关系 128

5.2.3 系统设计与校正的一般原则 132

5.3 串联校正 133

5.3.1 相位超前校正 133

5.3.2 相位滞后校正 137

5.3.3 相位滞后-超前校正 140

5.4 并联校正 143

5.4.1 反馈校正 143

5.4.2 顺馈校正 145

5.5 PID校正 145

5.5.1 PID控制规律 146

5.5.2 PID控制器类型 146

5.5.3 PID控制器设计 149

5.6 控制系统的工程设计实例 153

本章小结 158

习题 159

第6章 离散控制系统 162

6.1 离散控制系统概述 162

6.1.1 采样控制系统与数字控制系统 162

6.1.2 A/D转换器与D/A转换器 163

6.1.3 离散控制系统的特点 164

6.2 信号采样与采样定理 165

6.2.1 信号采样 165

6.2.2 采样定理 166

6.2.3 采样信号的保持 167

6.3 离散控制系统的数学模型-差分方程 169

6.3.1 线性常系数差分方程 169

6.3.2 差分方程的解法 170

6.4 离散控制系统的传递函数 171

6.4.1 脉冲传递函数的定义与求解 171

6.4.2 脉冲传递函数的建立 172

6.5 离散控制系统分析 174

6.5.1 离散控制系统稳定性分析 174

6.5.2 离散控制系统动态性能分析 178

6.5.3 离散控制系统稳态性能分析 180

本章小结 182

习题 183

第7章 MATLAB/Simulink在控制工程中的应用 185

7.1 MATLAB/Simulink软件简介 185

7.1.1 MATLAB工具箱及操作 185

7.1.2 Simulink模块库及建模 186

7.2 数学模型的MATLAB/Simulink实现 187

7.3 基于MATLAB/Simulink的时间响应分析 189

7.4 基于MATLAB/Simulink的频域分析 192

7.5 基于MATLAB/Simulink的系统校正 194

7.5.1 控制系统的Bode图校正 195

7.5.2 控制系统的PID校正 197

7.6 基于MATLAB/Simulink的离散系统分析与校正 203

7.6.1 连续系统的离散化 203

7.6.2 离散系统的单位阶跃响应 204

7.6.3 离散系统的频域响应 205

本章小结 206

习题 206

附录A 主要符号说明 208

附录B Laplace变换法 209

B.1 Laplace变换的定义 209

B.2 典型函数的Laplace变换 209

B.3 Laplace变换的主要定理 212

B.4 Laplace逆变换 214

附录C Z变换与Z反变换 218

C.1 Z变换的定义 218

C.2 Z变换求法 219

C.3 Z变换的基本定理 220

C.4 Z反变换 221

参考文献 223