控制工程基礎及其應用

第1章緒論(1)
1.1機械控制工程的概念(1)
1.1.1控制的基本概念(1)
1.1.2機械控制系統(tǒng)的基本概念(2)
1.1.3控制理論的發(fā)展概況(2)
1.1.4機械控制系統(tǒng)的發(fā)展概況(3)
1.2控制系統(tǒng)的分類(4)
1.2.1按輸入量的變化規(guī)律分類(4)
1.2.2按有無反饋分類(5)
1.2.3按傳遞信號的性質(zhì)分類(5)
1.2.4按系統(tǒng)的數(shù)學描述分類(5)
1.2.5按系統(tǒng)輸入輸出數(shù)量分類(6)
1.2.6按閉環(huán)回路的數(shù)目分類(6)
1.3機械控制系統(tǒng)的基本控制方式(6)
1.3.1開環(huán)控制方式(6)
1.3.2閉環(huán)（反饋）控制方式(7)
1.3.3復合控制方式(8)
1.4機械控制系統(tǒng)的組成(8)
1.4.1機械控制系統(tǒng)的基本組成(8)
1.4.2機械控制系統(tǒng)中的基本環(huán)節(jié)(9)
1.4.3機械控制系統(tǒng)中的量(9)
1.5機械控制系統(tǒng)理論的研究對象與基本要求(10)
1.5.1機械控制系統(tǒng)理論的研究對象與任務(10)
1.5.2機械控制系統(tǒng)的基本要求(12)
1.6本書的體系結(jié)構(13)
1.7知識要點(14)
1.7.1機械工程控制概述(14)
1.7.2控制系統(tǒng)的分類(15)
1.7.3控制系統(tǒng)的組成和基本要求(16)
1.7.4課程性質(zhì)與任務(18)
1.8例題解析(18)
習題(20)
第2章控制系統(tǒng)的數(shù)學模型(24)
2.1控制系統(tǒng)數(shù)學模型的基本概念(24)
2.1.1系統(tǒng)的數(shù)學模型及分類(24)
2.1.2建立系統(tǒng)數(shù)學模型的一般方法(25)
2.2控制系統(tǒng)的微分方程(26)
2.2.1列寫微分方程的一般步驟(26)
2.2.2典型系統(tǒng)的微分方程(26)
2.2.3非線性數(shù)學模型的線性化(30)
2.3控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)(31)
2.3.1傳遞函數(shù)的基本概念及主要特點(32)
2.3.2控制系統(tǒng)的特征方程和零、極點(33)
2.3.3典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)(34)
2.4控制系統(tǒng)的方框圖及其化簡(39)
2.4.1控制系統(tǒng)方框圖的構成要素及建立(40)
2.4.2控制系統(tǒng)方框圖的連接方式(43)
2.4.3控制系統(tǒng)方框圖的等效變換與化簡(45)
2.4.4輸入和干擾同時作用下的系統(tǒng)傳遞函數(shù)(49)
2.5機電控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)推導舉例(51)
2.6數(shù)學模型的MATLAB語言描述(56)
2.7知識要點(59)
2.7.1系統(tǒng)的數(shù)學模型與微分方程(59)
2.7.2系統(tǒng)分析的基本數(shù)學工具——傳遞函數(shù)(60)
2.8例題解析(67)
習題(75)
第3章控制系統(tǒng)的時域分析(79)
3.1控制系統(tǒng)的時間響應及其性能指標(79)
3.1.1時間響應的概念及組成(79)
3.1.2典型輸入信號(81)
3.1.3控制系統(tǒng)的時域性能指標(84)
3.1.4控制系統(tǒng)時域分析的基本方法及步驟(85)
3.2一階系統(tǒng)的時域分析(86)
3.2.1一階系統(tǒng)的數(shù)學模型(86)
3.2.2一階系統(tǒng)的單位階躍響應(87)
3.2.3一階系統(tǒng)的單位脈沖響應(88)
3.2.4一階系統(tǒng)的單位速度響應(89)
3.3二階系統(tǒng)的時域分析(90)
3.3.1二階系統(tǒng)的單位階躍響應(90)
3.3.2單位階躍響應下二階系統(tǒng)的時域性能分析(95)
3.3.3二階系統(tǒng)的單位脈沖響應(102)
3.3.4二階系統(tǒng)的單位速度響應(102)
3.4高階系統(tǒng)的時域分析(104)
3.4.1高階系統(tǒng)的時間響應分析(104)
3.4.2高階系統(tǒng)的 極點與簡化(105)
3.5控制系統(tǒng)的時域穩(wěn)定性分析(108)
3.5.1線性系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件(108)
3.5.2勞斯（Routh）穩(wěn)定判據(jù)(110)
3.6控制系統(tǒng)誤差時域分析及計算(114)
3.6.1系統(tǒng)的誤差與偏差(114)
3.6.2系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差與穩(wěn)態(tài)偏差(115)
3.6.3系統(tǒng)的型次與偏差系數(shù)(116)
3.6.4擾動作用下的穩(wěn)態(tài)誤差(118)
3.6.5提高系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度的措施(120)
3.7知識要點(120)
3.7.1控制系統(tǒng)響應構成與時域特征(120)
3.7.2控制系統(tǒng)時域動態(tài)性能分析(122)
3.7.3控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性(128)
3.7.4控制系統(tǒng)誤差時域分析(129)
3.8時域分析的MATLAB求解(132)
3.9例題解析(139)
習題(146)
第4章根軌跡法(151)
4.1根軌跡與根軌跡方程(151)
4.1.1根軌跡的基本概念(151)
4.1.2根軌跡方程(153)
4.2根軌跡繪制的基本法則(155)
4.3參數(shù)根軌跡及非 小相位系統(tǒng)(165)
4.3.1參數(shù)根軌跡(165)
4.3.2非 小相位系統(tǒng)的根軌跡(167)
4.4附加開環(huán)零、極點對系統(tǒng)性能的影響(168)
4.4.1附加開環(huán)零點對系統(tǒng)性能的影響(168)
4.4.2附加開環(huán)極點對系統(tǒng)性能的影響(171)
4.4.3增加一對開環(huán)零、極點對根軌跡及系統(tǒng)性能的影響(172)
4.5知識要點(173)
4.5.1根軌跡定義(173)
4.5.2根軌跡的幅值條件和相角條件(173)
4.5.3繪制根軌跡(174)
4.5.4利用根軌跡分析系統(tǒng)的性能(176)
4.6利用MATLAB語言繪制系統(tǒng)的根軌跡圖(177)
4.7例題解析(178)
習題(186)
第5章控制系統(tǒng)的頻域分析(188)
5.1頻域特性的基本概念(188)
5.1.1頻率特性的定義(189)
5.1.2頻率特性和傳遞函數(shù)的關系(190)
5.1.3頻率特性的圖形表示方法(191)
5.2典型環(huán)節(jié)及一般系統(tǒng)的頻率特性(194)
5.2.1開環(huán)系統(tǒng)的典型環(huán)節(jié)分解(194)
5.2.2典型環(huán)節(jié)的頻率特性(195)
5.2.3不穩(wěn)定環(huán)節(jié)的頻率特性(202)
5.2.4一般系統(tǒng)Nyquist圖的繪制(203)
5.2.5一般系統(tǒng)Bode圖的繪制(206)
5.2.6 小相位系統(tǒng)和非 小相位系統(tǒng)(208)
5.3控制系統(tǒng)的頻域穩(wěn)定判據(jù)與相對穩(wěn)定性(209)
5.3.1Nyquist穩(wěn)定判據(jù)(209)
5.3.2Bode穩(wěn)定判據(jù)(213)
5.3.3控制系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性(214)
5.4頻率性能指標(216)
5.5利用MATLAB語言分析頻域特性(217)
5.5.1用MATLAB語言作(218)
5.5.2用MATLAB語言作Bode圖(219)
5.5.3Nichols圖(221)
5.6知識要點(221)
5.6.1頻域特性的基本概念(221)
5.6.2典型環(huán)節(jié)和一般系統(tǒng)的頻率特性(223)
5.6.3頻率特性的性能指標(227)
5.6.4控制系統(tǒng)的頻域穩(wěn)定性(228)
5.7例題解析(229)
習題(236)
第6章控制系統(tǒng)的校正(238)
6.1控制系統(tǒng)校正概述(238)
6.1.1校正的概念(238)
6.1.2校正的方法(238)
6.1.3校正裝置(240)
6.2控制系統(tǒng)的設計指標與一般原則(241)
6.2.1控制系統(tǒng)時頻性能指標及誤差準則(241)
6.2.2頻域性能指標與時域性能指標的關系(243)
6.2.3控制系統(tǒng)校正的一般原則(247)
6.2.4系統(tǒng)設計的基本方法(248)
6.3串聯(lián)校正(249)
6.3.1滯后校正(249)
6.3.2超前校正(258)
6.3.3滯后超前校正(264)
6.4反饋校正(269)
6.4.1反饋的作用(269)
6.4.2反饋校正裝置的設計(273)
6.5前饋校正(275)
6.6控制系統(tǒng)的根軌跡法校正(276)
6.6.1串聯(lián)滯后校正(276)
6.6.2串聯(lián)超前校正(279)
6.6.3串聯(lián)滯后超前校正(284)
6.7知識要點(287)
6.7.1系統(tǒng)校正概述(287)
6.7.2控制系統(tǒng)時頻性能指標及轉(zhuǎn)換關系(288)
6.7.3系統(tǒng)的無源校正(289)
6.8例題解析(293)
習題(303)
第7章機械控制系統(tǒng)的設計與應用實例(306)
7.1機電控制系統(tǒng)的方案設計(306)
7.1.1機電控制系統(tǒng)的基本設計要求(306)
7.1.2機電控制系統(tǒng)的控制方案設計(307)
7.2機電控制系統(tǒng)的元件選擇(310)
7.2.1測量元件的選擇(311)
7.2.2執(zhí)行電機的選擇(314)
7.2.3放大裝置的選擇(320)
7.3機電控制系統(tǒng)的詳細設計與實例(323)
7.3.1機電控制系統(tǒng)的設計理論概述(323)
7.3.2機電控制系統(tǒng)詳細設計的基本流程(324)
7.3.3機電控制系統(tǒng)設計實例分析(326)
7.4過程工業(yè)裝備控制系統(tǒng)設計與應用(335)
7.4.1熱交換器溫度反饋控制系統(tǒng)(335)
7.4.2單回路過程工業(yè)控制系統(tǒng)的應用(337)
7.4.3流體輸送設備的控制(341)
7.5控制系統(tǒng)設計的MATLAB實現(xiàn)(346)
7.5.1MATLAB概述(346)
7.5.2例題解析(347)
習題(356)
附錄Laplace變換法(358)
參考文獻(366)