普通高等教育“十二五”规划教材 机械工程控制基础PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1控制系统举例 1

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对控制系统的基本要求 5

1.2.3控制系统的基本控制方式 5

1.2.4自动控制系统的基本组成 7

1.2.5自动控制系统的名词术语 8

1.3自动控制系统的分类 8

1.3.1按输入量的变化规律进行分类 8

1.3.2按系统中传递信号的性质分类 9

1.4控制理论发展简史 9

1.5本课程的教学方法 12

习题 12

第2章 控制系统的数学模型 14

2.1概念 14

2.1.1数学模型的概念 14

2.1.2线性系统与非线性系统 14

2.2控制系统的微分方程 15

2.2.1建立微分方程的基本步骤 15

2.2.2机械系统的微分方程 16

2.2.3电气系统的微分方程 18

2.2.4机电系统的微分方程 20

2.2.5非线性微分方程的线性化 22

2.3拉氏变换和反变换 23

2.3.1拉氏变换的定义 23

2.3.2几种典型函数的拉氏变换 23

2.3.3拉氏变换的性质 27

2.3.4拉氏反变换 29

2.3.5应用拉氏变换解线性微分方程 32

2.4传递函数 33

2.4.1传递函数的定义 33

2.4.2典型环节的传递函数 35

2.5系统的方框图和信号流图 41

2.5.1系统方框图的组成 41

2.5.2环节的基本连接方式 42

2.5.3方框图的变换与简化 44

2.5.4系统的信号流图及其简化 46

2.5.5梅逊公式及其应用 49

习题 51

第3章 控制系统的时域分析 53

3.1时间响应与典型输入信号 53

3.1.1 时间响应及其组成 53

3.1.2典型输入信号 54

3.1.3瞬态响应的性能指标 56

3.2阶系统的时间响应 57

3.2.1一阶系统的数学模型 57

3.2.2一阶系统的单位阶跃响应 57

3.2.3一阶系统的单位脉冲响应 58

3.2.4一阶系统的单位斜坡响应 58

3.2.5线性定常系统时间响应的主要特征 59

3.3二阶系统的时间响应 59

3.3.1二阶系统的数学模型 59

3.3.2二阶系统的单位阶跃响应 60

3.3.3 二阶系统的单位脉冲响应 63

3.3.4二阶系统的瞬态响应性能指标 64

3.4高阶系统的时间响应 67

3.4.1高阶系统的时间响应分析 68

3.4.2高阶系统的简化 69

3.4.3高阶系统的瞬态响应性能指标估算方法 70

3.5计算机辅助时域分析 70

习题 72

第4章 控制系统的频率特性 74

4.1频率特性的基本概念 74

4.1.1频率响应与频率特性 74

4.1.2频率特性的求取方法 75

4.1.3频率特性的表示方法 76

4.2典型环节的极坐标图 78

4.2.1比例环节 78

4.2.2积分环节 79

4.2.3微分环节 79

4.2.4惯性环节 79

4.2.5一阶微分环节 80

4.2.6振荡环节 80

4.2.7二阶微分环节 81

4.2.8延迟环节 82

4.2.9系统奈奎斯特图的画法 82

4.3典型环节的对数坐标图 84

4.3.1比例环节 84

4.3.2积分环节 84

4.3.3微分环节 85

4.3.4惯性环节 85

4.3.5一阶微分环节 86

4.3.6振荡环节 87

4.3.7二阶微分环节 88

4.3.8延迟环节 89

4.3.9伯德图的一般绘制方法 89

4.4系统开环频率特性的实验确定方法 92

4.4.1开环频率特性的实验分析法 92

4.4.2由实验的开环对数坐标图确定（估计）系统的开环频率特性 93

4.5闭环频率特性及频域性能指标 96

4.5.1闭环频率特性 96

4.5.2闭环系统的频域性能指标 97

4.5.3系统的频域指标与时域指标之间的关系 98

4.6最小相位系统与非最小相位系统 99

4.6.1最小相位传递函数与最小相位系统 99

4.6.2产生非最小相位的一些环节 100

习题 101

第5章 控制系统的稳定性 103

5.1稳定性的基本概念 103

5.1.1稳定性的定义 103

5.1.2控制系统的稳定性条件 103

5.1.3线性系统稳定的充分必要条件 105

5.2代数稳定性判据 105

5.2.1劳斯判据 105

5.2.2赫尔维茨判据 108

5.3几何稳定性判据 110

5.3.1幅角定理 110

5.3.2奈奎斯特稳定性判据 112

5.3.3对数频率特性的稳定性判据 115

5.4系统的相对稳定性 117

5.4.1相位稳定裕度 117

5.4.2幅值稳定裕度 118

5.4.3影响系统稳定性的主要因素 120

5.5切削的数学模型及稳定性分析 120

5.5.1切削系统的数学模型 121

5.5.2切削稳定性分析 122

习题 124

第6章 控制系统的根轨迹 126

6.1根轨迹与控制系统特性 126

6.1.1根轨迹的基本概念 126

6.1.2根轨迹与系统性能 127

6.2绘制根轨迹的基本法则 128

6.2.1绘制根轨迹的相位条件和幅值条件 128

6.2.2绘制根轨迹的基本规则 130

6.3用根轨迹分析控制系统的性能 139

6.3.1根轨迹确定系统的有关参数 139

6.3.2指定K1时的闭环传递函数 141

6.3.3确定具有指定阻尼比ξ的闭环极点和单位阶跃响应 142

6.4利用MATLAB绘制系统根轨迹 143

习题 149

第7章 控制系统的误差分析 151

7.1误差的概念 151

7.1.1误差 151

7.1.2偏差信号 151

7.1.3误差信号 152

7.1.4期望输出信号的确定 152

7.1.5偏差信号与误差信号的关系 152

7.2系统的类型 152

7.3静态误差 153

7.3.1静态误差系数和静态误差的计算 154

7.3.2干扰输入作用下的静态误差 158

7.3.3复合控制系统的误差分析 158

7.4动态误差 159

7.5工程中的误差分析实例 160

习题 163

第8章 控制系统的综合与校正 165

8.1控制系统校正的基本概念 165

8.1.1控制系统校正与校正装置 165

8.1.2控制系统的性能指标 165

8.1.3校正方式 166

8.2校正装置及其特性 167

8.2.1超前校正装置 167

8.2.2滞后校正装置 168

8.2.3滞后—超前校正装置 170

8.3串联校正 171

8.3.1相位超前校正 171

8.3.2相位滞后校正 173

8.3.3串联滞后—超前校正 174

8.4并联校正 176

8.4.1反馈校正 176

8.4.2前馈校正（复合校正） 179

8.5控制器类型 180

8.6控制器控制规律的实现 181

8.6.1 PD控制规律的实现 181

8.6.2 PI控制规律的实现 183

8.6.3 PID控制规律的实现 184

8.7按期望特性设计控制器 186

8.8工程中的控制系统设计实例 187

习题 195

参考文献 197