导语

  

内容提要

  

    本书讲述了经典控制理论的基本原理及其在机械工程领域中的应用。全书共8章，主要介绍了自动控制的基本概念、控制系统在时域和频域中数学模型的建立，分析了单输入单输出线性定常系统的瞬态特性、稳定性和稳态特性，阐述了线性控制系统的时域分析法、频域分析法、根轨迹法及设计校正方法。本书简化或略去了较深奥的严格数学推导内容，引入了较多的例题，便于教学和自学。除第1章外，其余各章均介绍了利用MATLAB进行相关分析的示例。为使读者对经典控制理论的应用有一个完整的了解，本书系统并循序渐进地结合各章内容介绍了机床工作台位置自动控制系统和磁盘驱动器读入系统两个设计示例。
    本书可作为普通高等院校机械工程及自动化、机械电子工程、机械设计制造及其自动化等专业的教材，也可供相关工程技术人员参考。

前言
第1章  绪论
  1.1  控制理论的发展历史
  1.2  自动控制系统的基本原理
    1.2.1  自动控制系统的基本概念
    1.2.2  反馈控制系统的基本组成
    1.2.3  自动控制系统的基本控制方式
    1.2.4  自动控制系统的分类
    1.2.5  自动控制系统的基本要求
  1.3  控制理论在工程中的应用举例
    1.3.1  瓦特的飞球离心调速系统
    1.3.2  工作台位置自动控制系统
    1.3.3  磁盘驱动器读入系统
    1.3.4  机器人位置与力控制系统
  1.4  自动控制系统的分析与设计工具
  1.5  本课程的特点和学时安排
  习题
第2章  控制系统的动态数学模型
  2.1  数学模型的概念
  2.2  控制系统的微分方程
    2.2.1  建立控制系统微分方程的基本步骤
    2.2.2  机械系统的微分方程
    2.2.3  电路系统的微分方程
    2.2.4  机电系统的微分方程
    2.2.5  非线性微分方程的线性化
  2.3  拉普拉斯变换和反变换
    2.3.1  拉普拉斯变换的定义
    2.3.2  典型函数的拉普拉斯变换
    2.3.3  拉普拉斯变换的性质
    2.3.4  拉普拉斯反变换及其计算方法
    2.3.5  借助拉普拉斯变换解常系数线性微分方程
  2.4  传递函数和典型环节的传递函数
    2.4.1  传递函数的概念
    2.4.2  特征方程、零点和极点
    2.4.3  传递函数的求法
    2.4.4  典型环节的传递函数
  2.5  系统框图及其简化
    2.5.1  系统框图的组成
    2.5.2  环节连接方式及运算法则
    2.5.3  系统框图的变化法则与简化
    2.5.4  利用框图简化求系统传递函数
    2.5.5  信号流图与梅逊公式
  2.6  控制系统的传递函数
  2.7  控制系统数学模型的MATLAB描述
    2.7.1  传递函数的MATLAB描述
    2.7.2  环节连接方式及系统框图简化的MATLAB描述
  2.8  系列工程问题举例
    2.8.1  工作台位置自动控制系统数学建模
    2.8.2  磁盘驱动器读入系统数学建模
  习题
第3章  时域瞬态响应分析
  3.1  时域响应及典型输入信号
  3.2  一阶系统的瞬态响应
    3.2.1  一阶系统的单位阶跃响应
    3.2.2  一阶系统的单位斜坡响应
    3.2.3  一阶系统的单位脉冲响应
    3.2.4  一阶系统的单位加速度响应
  3.3  二阶系统的瞬态响应
    3.3.1  二阶系统的单位阶跃响应
    3.3.2  二阶系统的单位脉冲响应
    3.3.3  二阶系统的单位斜坡响应
  3.4  二阶系统瞬态响应的性能指标
  3.5  高阶系统的瞬态响应
  3.6  MATLAB在时间响应分析中的应用
    3.6.1  基于MATLAB工具箱的时域分析
    3.6.2  系统框图输入与仿真工具Simulink
  3.7  系列工程问题举例
    3.7.1  工作台位置自动控制系统的时域响应分析
    3.7.2  磁盘驱动器读入系统的时域响应分析
  习题
第4章  控制系统的频率特性分析
  4.1  频率特性
    4.1.1  频率特性概述
    4.1.2  频率特性的特点与作用
    4.1.3  频率特性的求取方法
  4.2  极坐标图
    4.2.1  极坐标图概述
    4.2.2  典型环节的极坐标图
    4.2.3  一般系统极坐标图的作图方法
    4.2.4  极坐标图的一般形状
  4.3  对数坐标图
    4.3.1  典型环节频率特性的对数坐标图
    4.3.2  一般系统对数坐标图的作图方法
    4.3.3  最小相位系统
  4.4  由频率特性曲线求系统传递函数
  4.5  控制系统的闭环频率性能指标
    4.5.1  开环频率特性与闭环频率特性的关系
    4.5.2  闭环频率性能指标
  4.6  利用MATLAB绘制频率特性曲线
    4.6.1  奈奎斯特曲线的绘制
    4.6.2  伯德图的绘制
  4.7  系列工程问题举例
    4.7.1  工作台位置自动控制系统的频域分析
    4.7.2  磁盘驱动器读入系统的频域分析
  习题
第5章  控制系统的稳定性分析
  5.1  系统稳定性的基本概念及充分必要条件
    5.1.1  系统稳定性的基本概念
    5.1.2  系统稳定的充分必要条件
  5.2  代数稳定判据
    5.2.1  劳斯稳定判据
    5.2.2  赫尔维茨稳定判据
  5.3  奈奎斯特稳定判据
    5.3.1  辐角定理
    5.3.2  辅助函数
    5.3.3  奈奎斯特稳定判据
    5.3.4  奈奎斯特稳定判据的应用举例
  5.4  伯德判据
  5.5  控制系统的相对稳定性
  5.6  利用MATLAB分析系统稳定性
  5.7  系列工程问题举例
    5.7.1  工作台位置自动控制系统稳定性分析
    5.7.2  磁盘驱动器读入系统稳定性分析
  习题
第6章  控制系统的误差分析
  6.1  稳态误差的基本概念
  6.2  由输入信号引起的稳态误差
    6.2.1  稳态误差计算
    6.2.2  静态误差系数
  6.3  干扰引起的稳态误差
  6.4  减小系统误差的途径
  6.5  利用MATLAB计算系统的稳态误差
  6.6  系列工程问题举例
    6.6.1  工作台位置自动控制系统误差分析
    6.6.2  磁盘驱动器读入系统误差分析
  习题
第7章  控制系统的综合与校正
  7.1  系统的性能指标
    7.1.1  时域性能指标
    7.1.2  频域性能指标
    7.1.3  开环频率特性的三个频段
    7.1.4  闭环频域指标与时域指标的关系
  7.2  系统校正概述
  7.3  串联校正
    7.3.1  相位超前校正
    7.3.2  相位滞后校正
    7.3.3  相位滞后超前校正
  7.4  采用对数坐标图进行串联校正网络的设计
    7.4.1  相位超前校正网络设计
    7.4.2  相位滞后校正网络设计
    7.4.3  相位滞后超前校正环节设计
  7.5  并联校正
    7.5.1  反馈校正
    7.5.2  前馈校正
  7.6  PID控制
  7.7  利用MATLAB进行系统校正设计
  7.8  系列工程问题举例
    7.8.1  工作台位置自动控制系统校正设计
    7.8.2  磁盘驱动器读入系统校正设计
  习题
第8章  根轨迹法
  8.1  根轨迹与系统特性
  8.2  根轨迹的幅值条件和相角条件
  8.3  绘制根轨迹的基本规则
  8.4  应用MATLAB绘制根轨迹
  8.5  系列工程问题举例
    8.5.1  工作台位置自动控制系统的根轨迹分析
    8.5.2  磁盘驱动器读入系统的参数根轨迹分析
  习题
附录  拉普拉斯变换表
参考文献