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
1.2.1机械装置产生的自动控制作用 2
1.2.2工作台位置自动控制系统 3
1.2.3工作台速度自动控制系统 8
1.2.4机械自动控制系统的基本结构和基本变量 9
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 控制系统的数学模型 17
2.1系统微分方程的建立 17
2.2非线性数学模型的线性化 20
2.3拉普拉斯变换 22
2.3.1复数和复变函数 22
2.3.2拉普拉斯变换 23
2.3.3典型时间函数的拉普拉斯变换 23
2.3.4拉普拉斯变换的基本性质 25
2.3.5拉普拉斯反变换 28
2.4传递函数 30
2.4.1传递函数的定义 30
2.4.2典型环节的传递函数 31
2.5系统方框图和信号流图 35
2.5.1系统方框图的组成 35
2.5.2环节的基本连接方式 35
2.5.3方框图的变换与简化 37
2.5.4系统的信号流图及梅森公式 39
2.6工作台位置自动控制系统的数学模型 43
习题 46
第3章 控制系统的时域分析法 52
3.1典型输入信号 52
3.2一阶系统的时间响应 53
3.2.1一阶系统的单位脉冲响应 54
3.2.2一阶系统的单位阶跃响应 54
3.2.3一阶系统的单位斜坡响应 55
3.3二阶系统的时间响应 55
3.3.1二阶系统的单位脉冲响应 56
3.3.2二阶系统的单位阶跃响应 57
3.3.3二阶系统的单位斜坡响应 58
3.3.4二阶系统时间响应的性能指标 59
3.3.5二阶系统计算举例 61
3.4高阶系统的时间响应分析 62
3.5工作台位置自动控制系统的时域分析 64
习题 66
第4章 控制系统的频域分析法 69
4.1频率特性概述 69
4.1.1频率特性的基本概念 69
4.1.2频率特性的求法 70
4.1.3频率特性的特点和作用 72
4.2典型环节频率特性的奈奎斯特图 73
4.2.1奈奎斯特图的概念 73
4.2.2典型环节的奈奎斯特图 73
4.3系统奈奎斯特图的画法 78
4.4典型环节频率特性的伯德图 80
4.4.1伯德图的概念 80
4.4.2典型环节的伯德图 81
4.4.3绘制系统伯德图的步骤 87
4.5频域性能指标 88
4.6最小相位系统和非最小相位系统 89
4.7工作台位置自动控制系统的频域分析 90
习题 92
第5章 控制系统的稳定性 95
5.1系统稳定性的基本概念及稳定条件 95
5.2代数稳定性判据 96
5.2.1赫尔维茨判据 96
5.2.2劳斯判据 98
5.3几何稳定性判据 103
5.3.1幅角原理 103
5.3.2奈奎斯特稳定性判据 104
5.3.3含有积分环节和延时环节系统的稳定性分析 106
5.3.4根据伯德图判断系统的稳定性 108
5.4系统的相对稳定性 111
5.5工作台位置自动控制系统的稳定性分析 113
习题 114
第6章 控制系统的根轨迹分析法 117
6.1根轨迹与系统特性 117
6.2根轨迹的幅值条件和相角条件 118
6.3绘制根轨迹的基本规则 119
6.4应用MATLAB绘制根轨迹 125
6.4.1 MATLAB基础 125
6.4.2应用MATLAB绘制根轨迹 126
6.5工作台位置自动控制系统的根轨迹分析 131
习题 132
第7章 控制系统的误差分析和计算 134
7.1系统稳态误差的基本概念 134
7.1.1偏差和误差 134
7.1.2稳态误差 135
7.2系统稳态误差的计算 135
7.2.1系统的类型 135
7.2.2系统的误差传递函数 136
7.2.3静态误差系数 137
7.2.4用伯德图确定误差系数 141
7.2.5扰动引起的误差 142
7.3减小稳态误差的途径 144
7.4动态误差系数 146
7.5工作台位置自动控制系统的误差分析 147
习题 147
第8章 控制系统性能校正 151
8.1概述 151
8.2系统的性能指标 152
8.3系统闭环零点、极点的分布与系统性能的关系 153
8.3.1系统单位阶跃输入响应 153
8.3.2闭环零点、极点的分布与系统性能的关系 154
8.3.3利用主导极点估计系统性能指标 154
8.4并联校正 156
8.4.1反馈校正 156
8.4.2顺馈校正 157
8.5串联校正 157
8.5.1伯德定理简介及应用 158
8.5.2相位超前校正 158
8.5.3相位滞后校正 162
8.5.4相位滞后-超前校正 164
8.6控制器类型 166
8.6.1比例控制器（P） 167
8.6.2比例积分控制器（PI） 167
8.6.3比例微分控制器（PD） 167
8.6.4比例积分微分控制器（PID） 168
8.6.5有源相位超前控制器 170
8.6.6有源相位滞后控制器 170
8.6.7有源相位滞后-超前控制器 171
8.7按希望特性设计控制器 171
8.7.1典型Ⅰ型系统（二阶希望特性系统） 171
8.7.2典型Ⅱ型系统（三阶希望特性系统） 174
8.7.3按希望特性设计控制器的图解法 176
8.7.4按希望特性设计控制器的直接法 178
8.8工作台位置自动控制系统的设计 180
习题 181
第9章 离散控制系统 186
9.1离散控制系统概述 186
9.1.1计算机控制系统的硬件结构 186
9.1.2模/数转换（A/D） 187
9.1.3数/模转换（D/A） 187
9.2 Z变换和Z反变换 188
9.2.1 Z变换的定义 188
9.2.2 Z变换的性质 190
9.2.3 Z反变换 190
9.3离散系统的传递函数 191
9.3.1离散传递函数的求法 192
9.3.2开环系统的脉冲传递函数 193
9.3.3闭环系统的脉冲传递函数 194
9.4离散系统的z域分析 194
9.4.1离散系统的稳定性分析 194
9.4.2极点分布与瞬态响应的关系 196
9.4.3离散系统的稳态误差 197
9.5离散系统的校正与设计 198
9.5.1模拟化设计法 198
9.5.2离散设计法 199
9.5.3 PID数字控制器 200
习题 202
第10章 现代控制理论基础 204
10.1系统状态空间表达式的建立 204
10.2系统的传递矩阵 207
10.3线性定常系统状态方程的解法 208
10.4线性系统的可控性与可观测性 211
10.4.1线性系统的可控性 211
10.4.2线性系统的可观测性 213
10.5系统的状态反馈与输出反馈 214
10.6系统极点的配置 215
10.7离散系统的状态空间表达式 216
10.7.1离散系统状态空间表达式的建立 216
10.7.2离散系统的传递矩阵 219
10.8离散状态方程的解 219
10.9离散系统的稳定性分析 221
10.10离散系统的可控性与可观测性 221
习题 223
第11章 智能控制理论基础 225
11.1智能控制的结构理论 225
11.2学习控制系统 225
11.2.1学习控制的发展 226
11.2.2学习控制的基本原理 226
11.2.3学习控制的应用举例 228
11.3模糊控制系统 230
11.3.1模糊控制的理论基础 230
11.3.2模糊控制的基本原理 231
11.3.3模糊控制的应用举例 234
11.4专家控制系统 239
11.4.1专家控制系统的结构 239
11.4.2专家系统的类型 240
11.4.3专家控制系统的应用举例 240
11.5人工神经网络控制系统 243
11.5.1人工神经元模型 243
11.5.2人工神经网络的构成 244
11.5.3人工神经网络的学习算法 245
11.5.4人工神经网络的应用举例 247
11.6仿人智能控制 249
11.6.1仿人智能控制的基本思想 249
11.6.2仿人智能控制的原型算法 250
11.6.3仿人智能控制器设计的基本步骤 250
习题 251
参考文献 252