控制工程基础
出版时间:
2023-02
版次:
1
ISBN:
9787111717430
定价:
52.00
装帧:
其他
开本:
16开
纸张:
胶版纸
页数:
296页
字数:
456千字
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本书结合机械大类各专业及相近专业的发展和教学需要，较为系统地介绍了机械控制工程的基本内容。全书共由三个模块组成，即经典控制理论、离散控制系统、现代控制理论，各模块基本独立，其中经典控制理论为基本部分。全书共9章，主要内容有绪论、控制系统的数学模型、时域分析、根轨迹法、频域分析、稳定性分析、综合与校正，以及离散控制系统分析基础、现代控制理论基础。各章均配有一定数量的习题，主要章节设有相应理论方法的MATLAB实现一节，重点章节编入相应的设计实例。本书内容丰富，结构合理，叙述深入浅出，既体现理论的系统性，也注重方法的实用性。力图将机械大类各专业的通用性要求与各校的个性要求有机结合。
机械设计制造及其自动化、测控技术与仪器、车辆工程、智能制造工程、机器人工程等各相关专业均可选用此书作为教材及参考用书，相关工程技术人员也可选用此书作为参考。
*本书为新形态教材，在重点内容附近以二维码的形式链接了知识点讲解视频，便于学生课前预习和课后复习。 目录
前言
第1章绪论1
11控制工程概述1
12控制工程的发展及应用1
121经典控制理论的发展1
122现代控制理论的发展3
13控制系统的基础知识4
131控制系统的基本概念4
132控制系统的工作原理4
133控制系统的组成及框图5
14控制系统的分类7
141按照反馈方式分类7
142按输入信号变化规律分类8
143按系统的数学描述分类8
144按系统内部的信号特征分类8
15控制系统的基本要求9
151稳定性9
152快速性9
153精确性10
习题10
第2章控制系统的数学模型11
21系统数学模型的建立11
211建立微分方程的一般步骤11
212控制系统微分方程的列写12
22拉普拉斯变换13
221拉普拉斯变换及拉普拉斯反变换的定义13
222典型时间函数的拉普拉斯变换14
223拉普拉斯变换基本定理16
224拉普拉斯反变换21
23系统的传递函数24
231传递函数的定义24
232典型环节的传递函数25
233传递函数的主要特点32
24系统的框图和信号流图32
241框图的组成32
242绘制系统框图的一般步骤34
243框图的基本连接方式36
244框图的简化38
245信号流图及梅森公式40
25闭环控制系统的传递函数45
251闭环系统的开环传递函数45
252给定输入作用下的闭环传递函数45
253扰动作用下的闭环传递函数46
254传递函数的零极点47
26控制系统数学模型的MATLAB实现47
261MATLAB控制系统工具箱简介47
262数学模型的MATLAB实现48
27设计实例：工程中典型的机电系统52
习题57
第3章控制系统时域分析61
31时间响应与典型输入信号61
311时间响应61
312典型输入信号61
32一阶系统的时域分析63
321一阶系统数学模型63
322一阶系统的单位阶跃响应64
323一阶系统的单位脉冲响应64
324一阶系统的单位斜坡响应65
33二阶系统的时域分析65
331二阶系统的数学模型65
332二阶系统的单位阶跃响应66
333二阶系统的单位脉冲响应69
34时域分析性能指标70
341动态性能指标70
342时域分析实例73
35高阶系统的时域分析75
351高阶系统的阶跃响应75
352闭环主导极点76
36稳态误差分析与计算77
361误差和稳态误差的概念77
362输入信号作用下的稳态误差78
363扰动信号作用下的稳态误差80
364改善系统稳态精度的方法81
37时域分析的MATLAB实现82
371输出响应分析83
372时域动态性能指标求解84
373稳态误差分析85
38设计实例：数控机床控制系统设计86
习题87
第4章根轨迹法91
41根轨迹与根轨迹方程91
411根轨迹概念91
412根轨迹方程92
42绘制根轨迹的基本法则93
43广义根轨迹97
431参数根轨迹97
432零度根轨迹98
44利用根轨迹分析系统性能101
441根轨迹和性能指标的关系101
442开环零极点对系统性能的影响103
45根轨迹分析的MATLAB实现105
451根轨迹的绘制105
452根轨迹上取点106
46设计实例：激光操纵控制系统设计107
习题109
第5章控制系统的频域分析111
51系统频率特性概述111
511频率特性的基本概念111
512频率特性与传递函数的关系113
513频率特性的求取方法113
52频率特性的奈奎斯特图114
521奈奎斯特图的基本概念114
522典型环节的奈奎斯特图115
523奈奎斯特图的一般画法120
53频率特性的伯德图122
531伯德图的基本概念123
532典型环节的伯德图124
533伯德图的一般画法130
534小相位系统132
54频域分析的MATLAB实现134
541奈奎斯特图的绘制134
542伯德图的绘制135
习题137
第6章控制系统的稳定性分析139
61代数稳定性判据139
611稳定性的基本概念139
612系统稳定的充要条件139
613劳斯稳定性判据141
62频域稳定性判据145
621奈奎斯特稳定性判据146
622对数频率特性稳定判据149
63控制系统的稳定裕度151
631相位裕度151
632幅值裕度151
64稳定性分析的MATLAB实现154
641求取特征根判定系统的稳定性155
642绘制零极点分布图判定系统的稳定性155
643频率法判定系统的稳定性156
65设计实例159
651直流电动机速度控制系统159
652雕刻机位置控制系统161
习题164
第7章控制系统的综合与校正165
71系统校正的基本概念165
711系统的性能指标165
712校正的概念167
713校正的分类167
72校正方法和校正装置的设计169
721串联超前校正169
722串联滞后校正172
723滞后超前校正175
724PID调节器178
73系统的综合与校正的MATLAB实现180
74设计实例：直流电动机调速性能指标改善182
习题184
第8章离散控制系统分析基础186
81采样与信号186
811采样过程与采样定理186
812信号恢复与保持器189
82Z变换与Z传递函数191
821Z变换191
822Z反变换198
823Z传递函数200
83线性离散系统的性能分析204
831稳定性分析204
832瞬态响应分析206
84线性离散系统性能分析的MATLAB实现208
841求取特征根判定系统的稳定性208
842连续系统离散化及离散系统的时域响应209
习题211
第9章现代控制理论基础213
91基本概念213
92状态空间表达式的建立与转换218
921由系统框图建立状态空间表达式218
922由系统微分方程建立状态空间表达式220
923状态矢量的线性变换224
924由状态空间表达式求系统传递函数（阵）225
925由状态空间表达式变换为对角线标准型和约旦标准型227
93状态方程的求解234
931齐次状态方程的解234
932状态转移矩阵235
933非齐次状态方程的解238
94控制系统的能控性和能观性238
941能控性与能控性判据239
942能观性与能观性判据245
943能控性与能观性的对偶关系250
944能控标准型与能观标准型251
95控制系统的状态反馈及状态观测器260
951状态反馈260
952状态观测器266
953带状态观测器的闭环控制系统268
96状态空间分析的MATLAB实现271
961状态空间表达式和传递函数相互转换的实现271
962状态转移矩阵的实现273
963能控性和能观性分析273
964极点配置的实现275
97设计实例：倒立摆276
971数学模型的建立276
972系统特性分析279
习题281
参考文献285
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内容简介:
本书结合机械大类各专业及相近专业的发展和教学需要，较为系统地介绍了机械控制工程的基本内容。全书共由三个模块组成，即经典控制理论、离散控制系统、现代控制理论，各模块基本独立，其中经典控制理论为基本部分。全书共9章，主要内容有绪论、控制系统的数学模型、时域分析、根轨迹法、频域分析、稳定性分析、综合与校正，以及离散控制系统分析基础、现代控制理论基础。各章均配有一定数量的习题，主要章节设有相应理论方法的MATLAB实现一节，重点章节编入相应的设计实例。本书内容丰富，结构合理，叙述深入浅出，既体现理论的系统性，也注重方法的实用性。力图将机械大类各专业的通用性要求与各校的个性要求有机结合。
机械设计制造及其自动化、测控技术与仪器、车辆工程、智能制造工程、机器人工程等各相关专业均可选用此书作为教材及参考用书，相关工程技术人员也可选用此书作为参考。
*本书为新形态教材，在重点内容附近以二维码的形式链接了知识点讲解视频，便于学生课前预习和课后复习。
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目录:
目录
前言
第1章绪论1
11控制工程概述1
12控制工程的发展及应用1
121经典控制理论的发展1
122现代控制理论的发展3
13控制系统的基础知识4
131控制系统的基本概念4
132控制系统的工作原理4
133控制系统的组成及框图5
14控制系统的分类7
141按照反馈方式分类7
142按输入信号变化规律分类8
143按系统的数学描述分类8
144按系统内部的信号特征分类8
15控制系统的基本要求9
151稳定性9
152快速性9
153精确性10
习题10
第2章控制系统的数学模型11
21系统数学模型的建立11
211建立微分方程的一般步骤11
212控制系统微分方程的列写12
22拉普拉斯变换13
221拉普拉斯变换及拉普拉斯反变换的定义13
222典型时间函数的拉普拉斯变换14
223拉普拉斯变换基本定理16
224拉普拉斯反变换21
23系统的传递函数24
231传递函数的定义24
232典型环节的传递函数25
233传递函数的主要特点32
24系统的框图和信号流图32
241框图的组成32
242绘制系统框图的一般步骤34
243框图的基本连接方式36
244框图的简化38
245信号流图及梅森公式40
25闭环控制系统的传递函数45
251闭环系统的开环传递函数45
252给定输入作用下的闭环传递函数45
253扰动作用下的闭环传递函数46
254传递函数的零极点47
26控制系统数学模型的MATLAB实现47
261MATLAB控制系统工具箱简介47
262数学模型的MATLAB实现48
27设计实例：工程中典型的机电系统52
习题57
第3章控制系统时域分析61
31时间响应与典型输入信号61
311时间响应61
312典型输入信号61
32一阶系统的时域分析63
321一阶系统数学模型63
322一阶系统的单位阶跃响应64
323一阶系统的单位脉冲响应64
324一阶系统的单位斜坡响应65
33二阶系统的时域分析65
331二阶系统的数学模型65
332二阶系统的单位阶跃响应66
333二阶系统的单位脉冲响应69
34时域分析性能指标70
341动态性能指标70
342时域分析实例73
35高阶系统的时域分析75
351高阶系统的阶跃响应75
352闭环主导极点76
36稳态误差分析与计算77
361误差和稳态误差的概念77
362输入信号作用下的稳态误差78
363扰动信号作用下的稳态误差80
364改善系统稳态精度的方法81
37时域分析的MATLAB实现82
371输出响应分析83
372时域动态性能指标求解84
373稳态误差分析85
38设计实例：数控机床控制系统设计86
习题87
第4章根轨迹法91
41根轨迹与根轨迹方程91
411根轨迹概念91
412根轨迹方程92
42绘制根轨迹的基本法则93
43广义根轨迹97
431参数根轨迹97
432零度根轨迹98
44利用根轨迹分析系统性能101
441根轨迹和性能指标的关系101
442开环零极点对系统性能的影响103
45根轨迹分析的MATLAB实现105
451根轨迹的绘制105
452根轨迹上取点106
46设计实例：激光操纵控制系统设计107
习题109
第5章控制系统的频域分析111
51系统频率特性概述111
511频率特性的基本概念111
512频率特性与传递函数的关系113
513频率特性的求取方法113
52频率特性的奈奎斯特图114
521奈奎斯特图的基本概念114
522典型环节的奈奎斯特图115
523奈奎斯特图的一般画法120
53频率特性的伯德图122
531伯德图的基本概念123
532典型环节的伯德图124
533伯德图的一般画法130
534小相位系统132
54频域分析的MATLAB实现134
541奈奎斯特图的绘制134
542伯德图的绘制135
习题137
第6章控制系统的稳定性分析139
61代数稳定性判据139
611稳定性的基本概念139
612系统稳定的充要条件139
613劳斯稳定性判据141
62频域稳定性判据145
621奈奎斯特稳定性判据146
622对数频率特性稳定判据149
63控制系统的稳定裕度151
631相位裕度151
632幅值裕度151
64稳定性分析的MATLAB实现154
641求取特征根判定系统的稳定性155
642绘制零极点分布图判定系统的稳定性155
643频率法判定系统的稳定性156
65设计实例159
651直流电动机速度控制系统159
652雕刻机位置控制系统161
习题164
第7章控制系统的综合与校正165
71系统校正的基本概念165
711系统的性能指标165
712校正的概念167
713校正的分类167
72校正方法和校正装置的设计169
721串联超前校正169
722串联滞后校正172
723滞后超前校正175
724PID调节器178
73系统的综合与校正的MATLAB实现180
74设计实例：直流电动机调速性能指标改善182
习题184
第8章离散控制系统分析基础186
81采样与信号186
811采样过程与采样定理186
812信号恢复与保持器189
82Z变换与Z传递函数191
821Z变换191
822Z反变换198
823Z传递函数200
83线性离散系统的性能分析204
831稳定性分析204
832瞬态响应分析206
84线性离散系统性能分析的MATLAB实现208
841求取特征根判定系统的稳定性208
842连续系统离散化及离散系统的时域响应209
习题211
第9章现代控制理论基础213
91基本概念213
92状态空间表达式的建立与转换218
921由系统框图建立状态空间表达式218
922由系统微分方程建立状态空间表达式220
923状态矢量的线性变换224
924由状态空间表达式求系统传递函数（阵）225
925由状态空间表达式变换为对角线标准型和约旦标准型227
93状态方程的求解234
931齐次状态方程的解234
932状态转移矩阵235
933非齐次状态方程的解238
94控制系统的能控性和能观性238
941能控性与能控性判据239
942能观性与能观性判据245
943能控性与能观性的对偶关系250
944能控标准型与能观标准型251
95控制系统的状态反馈及状态观测器260
951状态反馈260
952状态观测器266
953带状态观测器的闭环控制系统268
96状态空间分析的MATLAB实现271
961状态空间表达式和传递函数相互转换的实现271
962状态转移矩阵的实现273
963能控性和能观性分析273
964极点配置的实现275
97设计实例：倒立摆276
971数学模型的建立276
972系统特性分析279
习题281
参考文献285
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