机械工程控制基础
出版时间:
2020-08
版次:
1
ISBN:
9787111646136
定价:
49.80
装帧:
平装
开本:
16开
纸张:
胶版纸
页数:
257页
字数:
430千字
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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
11控制理论的发展历史1
12自动控制系统的基本原理3
121自动控制系统的基本概念3
122反馈控制系统的基本组成4
123自动控制系统的基本控制方式5
124自动控制系统的分类6
125自动控制系统的基本要求8
13控制理论在工程中的应用举例8
131瓦特的飞球离心调速系统8
132工作台位置自动控制系统9
133磁盘驱动器读入系统11
134机器人位置与力控制系统12
14自动控制系统的分析与设计工具14
15本课程的特点和学时安排15
习题16
第2章控制系统的动态数学模型18
21数学模型的概念18
22控制系统的微分方程19
221建立控制系统微分方程的基本步骤19
222机械系统的微分方程20
223电路系统的微分方程22
224机电系统的微分方程23
225非线性微分方程的线性化24
23拉普拉斯变换和反变换26
231拉普拉斯变换的定义26
232典型函数的拉普拉斯变换27
233拉普拉斯变换的性质28
234拉普拉斯反变换及其计算方法33
235借助拉普拉斯变换解常系数线性微分方程36
24传递函数和典型环节的传递函数37
241传递函数的概念37
242特征方程、零点和极点38
243传递函数的求法39
244典型环节的传递函数40
25系统框图及其简化45
251系统框图的组成45
252环节连接方式及运算法则46
253系统框图的变化法则与简化47
254利用框图简化求系统传递函数49
255信号流图与梅逊公式52
26控制系统的传递函数55
27控制系统数学模型的MATLAB描述57
271传递函数的MATLAB描述57
272环节连接方式及系统框图简化的MATLAB描述60
28系列工程问题举例63
281工作台位置自动控制系统数学建模63
282磁盘驱动器读入系统数学建模66
习题68
第3章时域瞬态响应分析72
31时域响应及典型输入信号72
32一阶系统的瞬态响应74
321一阶系统的单位阶跃响应74
322一阶系统的单位斜坡响应75
323一阶系统的单位脉冲响应76
324一阶系统的单位加速度响应76
33二阶系统的瞬态响应77
331二阶系统的单位阶跃响应79
332二阶系统的单位脉冲响应81
333二阶系统的单位斜坡响应82
34二阶系统瞬态响应的性能指标84
35高阶系统的瞬态响应89
36MATLAB在时间响应分析中的应用92
361基于MATLAB工具箱的时域分析92
362系统框图输入与仿真工具Simulink94
37系列工程问题举例100
371工作台位置自动控制系统的时域响应分析100
372磁盘驱动器读入系统的时域响应分析101
习题103
第4章控制系统的频率特性分析106
41频率特性106
411频率特性概述106
412频率特性的特点与作用110
413频率特性的求取方法111
42极坐标图113
421极坐标图概述113
422典型环节的极坐标图113
423一般系统极坐标图的作图方法117
424极坐标图的一般形状119
43对数坐标图120
431典型环节频率特性的对数坐标图121
432一般系统对数坐标图的作图方法126
433最小相位系统129
44由频率特性曲线求系统传递函数131
45控制系统的闭环频率性能指标134
451开环频率特性与闭环频率特性的关系134
452闭环频率性能指标135
46利用MATLAB绘制频率特性曲线136
461奈奎斯特曲线的绘制136
462伯德图的绘制138
47系列工程问题举例141
471工作台位置自动控制系统的频域分析141
472磁盘驱动器读入系统的频域分析141
习题145
第5章控制系统的稳定性分析149
51系统稳定性的基本概念及充分必要条件149
511系统稳定性的基本概念149
512系统稳定的充分必要条件150
52代数稳定判据151
521劳斯稳定判据151
522赫尔维茨稳定判据158
53奈奎斯特稳定判据159
531辐角定理160
532辅助函数162
533奈奎斯特稳定判据164
534奈奎斯特稳定判据的应用举例166
54伯德判据169
55控制系统的相对稳定性171
56利用MATLAB分析系统稳定性174
57系列工程问题举例178
571工作台位置自动控制系统稳定性分析178
572磁盘驱动器读入系统稳定性分析179
习题181
第6章控制系统的误差分析185
61稳态误差的基本概念185
62由输入信号引起的稳态误差186
621稳态误差计算186
622静态误差系数188
63干扰引起的稳态误差191
64减小系统误差的途径194
65利用MATLAB计算系统的稳态误差194
66系列工程问题举例195
661工作台位置自动控制系统误差分析195
662磁盘驱动器读入系统误差分析196
习题198
第7章控制系统的综合与校正200
71系统的性能指标200
711时域性能指标200
712频域性能指标200
713开环频率特性的三个频段200
714闭环频域指标与时域指标的关系203
72系统校正概述205
73串联校正207
731相位超前校正207
732相位滞后校正210
733相位滞后超前校正212
74采用对数坐标图进行串联校正网络的设计213
7
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内容简介:
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。
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目录:
前言
第1章绪论1
11控制理论的发展历史1
12自动控制系统的基本原理3
121自动控制系统的基本概念3
122反馈控制系统的基本组成4
123自动控制系统的基本控制方式5
124自动控制系统的分类6
125自动控制系统的基本要求8
13控制理论在工程中的应用举例8
131瓦特的飞球离心调速系统8
132工作台位置自动控制系统9
133磁盘驱动器读入系统11
134机器人位置与力控制系统12
14自动控制系统的分析与设计工具14
15本课程的特点和学时安排15
习题16
第2章控制系统的动态数学模型18
21数学模型的概念18
22控制系统的微分方程19
221建立控制系统微分方程的基本步骤19
222机械系统的微分方程20
223电路系统的微分方程22
224机电系统的微分方程23
225非线性微分方程的线性化24
23拉普拉斯变换和反变换26
231拉普拉斯变换的定义26
232典型函数的拉普拉斯变换27
233拉普拉斯变换的性质28
234拉普拉斯反变换及其计算方法33
235借助拉普拉斯变换解常系数线性微分方程36
24传递函数和典型环节的传递函数37
241传递函数的概念37
242特征方程、零点和极点38
243传递函数的求法39
244典型环节的传递函数40
25系统框图及其简化45
251系统框图的组成45
252环节连接方式及运算法则46
253系统框图的变化法则与简化47
254利用框图简化求系统传递函数49
255信号流图与梅逊公式52
26控制系统的传递函数55
27控制系统数学模型的MATLAB描述57
271传递函数的MATLAB描述57
272环节连接方式及系统框图简化的MATLAB描述60
28系列工程问题举例63
281工作台位置自动控制系统数学建模63
282磁盘驱动器读入系统数学建模66
习题68
第3章时域瞬态响应分析72
31时域响应及典型输入信号72
32一阶系统的瞬态响应74
321一阶系统的单位阶跃响应74
322一阶系统的单位斜坡响应75
323一阶系统的单位脉冲响应76
324一阶系统的单位加速度响应76
33二阶系统的瞬态响应77
331二阶系统的单位阶跃响应79
332二阶系统的单位脉冲响应81
333二阶系统的单位斜坡响应82
34二阶系统瞬态响应的性能指标84
35高阶系统的瞬态响应89
36MATLAB在时间响应分析中的应用92
361基于MATLAB工具箱的时域分析92
362系统框图输入与仿真工具Simulink94
37系列工程问题举例100
371工作台位置自动控制系统的时域响应分析100
372磁盘驱动器读入系统的时域响应分析101
习题103
第4章控制系统的频率特性分析106
41频率特性106
411频率特性概述106
412频率特性的特点与作用110
413频率特性的求取方法111
42极坐标图113
421极坐标图概述113
422典型环节的极坐标图113
423一般系统极坐标图的作图方法117
424极坐标图的一般形状119
43对数坐标图120
431典型环节频率特性的对数坐标图121
432一般系统对数坐标图的作图方法126
433最小相位系统129
44由频率特性曲线求系统传递函数131
45控制系统的闭环频率性能指标134
451开环频率特性与闭环频率特性的关系134
452闭环频率性能指标135
46利用MATLAB绘制频率特性曲线136
461奈奎斯特曲线的绘制136
462伯德图的绘制138
47系列工程问题举例141
471工作台位置自动控制系统的频域分析141
472磁盘驱动器读入系统的频域分析141
习题145
第5章控制系统的稳定性分析149
51系统稳定性的基本概念及充分必要条件149
511系统稳定性的基本概念149
512系统稳定的充分必要条件150
52代数稳定判据151
521劳斯稳定判据151
522赫尔维茨稳定判据158
53奈奎斯特稳定判据159
531辐角定理160
532辅助函数162
533奈奎斯特稳定判据164
534奈奎斯特稳定判据的应用举例166
54伯德判据169
55控制系统的相对稳定性171
56利用MATLAB分析系统稳定性174
57系列工程问题举例178
571工作台位置自动控制系统稳定性分析178
572磁盘驱动器读入系统稳定性分析179
习题181
第6章控制系统的误差分析185
61稳态误差的基本概念185
62由输入信号引起的稳态误差186
621稳态误差计算186
622静态误差系数188
63干扰引起的稳态误差191
64减小系统误差的途径194
65利用MATLAB计算系统的稳态误差194
66系列工程问题举例195
661工作台位置自动控制系统误差分析195
662磁盘驱动器读入系统误差分析196
习题198
第7章控制系统的综合与校正200
71系统的性能指标200
711时域性能指标200
712频域性能指标200
713开环频率特性的三个频段200
714闭环频域指标与时域指标的关系203
72系统校正概述205
73串联校正207
731相位超前校正207
732相位滞后校正210
733相位滞后超前校正212
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