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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