本書結(jié)合機(jī)械大類各專業(yè)及相近專業(yè)的發(fā)展和教學(xué)需要，較為系統(tǒng)地介紹了機(jī)械控制工程的基本內(nèi)容。全書共由三個(gè)模塊組成，即經(jīng)典控制理論、離散控制系統(tǒng)、現(xiàn)代控制理論，各模塊基本獨(dú)立，其中經(jīng)典控制理論為基本部分。全書共9章，主要內(nèi)容有緒論、控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、時(shí)域分析、根軌跡法、頻域分析、穩(wěn)定性分析、綜合與校正，以及離散控制系統(tǒng)分析基礎(chǔ)、現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)。各章均配有一定數(shù)量的習(xí)題，主要章節(jié)設(shè)有相應(yīng)理論方法的MATLAB實(shí)現(xiàn)一節(jié)，重點(diǎn)章節(jié)編入相應(yīng)的設(shè)計(jì)實(shí)例。本書內(nèi)容豐富，結(jié)構(gòu)合理，敘述深入淺出，既體現(xiàn)理論的系統(tǒng)性，也注重方法的實(shí)用性。力圖將機(jī)械大類各專業(yè)的通用性要求與各校的個(gè)性要求有機(jī)結(jié)合。
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化、測控技術(shù)與儀器、車輛工程、智能制造工程、機(jī)器人工程等各相關(guān)專業(yè)均可選用此書作為教材及參考用書，相關(guān)工程技術(shù)人員也可選用此書作為參考。
*本書為新形態(tài)教材，在重點(diǎn)內(nèi)容附近以二維碼的形式鏈接了知識點(diǎn)講解視頻，便于學(xué)生課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)。
目錄
前言
第1章緒論1
11控制工程概述1
12控制工程的發(fā)展及應(yīng)用1
121經(jīng)典控制理論的發(fā)展1
122現(xiàn)代控制理論的發(fā)展3
13控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識4
131控制系統(tǒng)的基本概念4
132控制系統(tǒng)的工作原理4
133控制系統(tǒng)的組成及框圖5
14控制系統(tǒng)的分類7
141按照反饋方式分類7
142按輸入信號變化規(guī)律分類8
143按系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述分類8
144按系統(tǒng)內(nèi)部的信號特征分類8
15控制系統(tǒng)的基本要求9
151穩(wěn)定性9
152快速性9
153精確性10
習(xí)題10
第2章控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型11
21系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立11
211建立微分方程的一般步驟11
212控制系統(tǒng)微分方程的列寫12
22拉普拉斯變換13
221拉普拉斯變換及拉普拉斯反變換的定義13
222典型時(shí)間函數(shù)的拉普拉斯變換14
223拉普拉斯變換基本定理16
224拉普拉斯反變換21
23系統(tǒng)的傳遞函數(shù)24
231傳遞函數(shù)的定義24
232典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)25
233傳遞函數(shù)的主要特點(diǎn)32
24系統(tǒng)的框圖和信號流圖32
241框圖的組成32
242繪制系統(tǒng)框圖的一般步驟34
243框圖的基本連接方式36
244框圖的簡化38
245信號流圖及梅森公式40
25閉環(huán)控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)45
251閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)45
252給定輸入作用下的閉環(huán)傳遞函數(shù)45
253擾動作用下的閉環(huán)傳遞函數(shù)46
254傳遞函數(shù)的零極點(diǎn)47
26控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的MATLAB實(shí)現(xiàn)47
261MATLAB控制系統(tǒng)工具箱簡介47
262數(shù)學(xué)模型的MATLAB實(shí)現(xiàn)48
27設(shè)計(jì)實(shí)例：工程中典型的機(jī)電系統(tǒng)52
習(xí)題57
第3章控制系統(tǒng)時(shí)域分析61
31時(shí)間響應(yīng)與典型輸入信號61
311時(shí)間響應(yīng)61
312典型輸入信號61
32一階系統(tǒng)的時(shí)域分析63
321一階系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型63
322一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)64
323一階系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)64
324一階系統(tǒng)的單位斜坡響應(yīng)65
33二階系統(tǒng)的時(shí)域分析65
331二階系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型65
332二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)66
333二階系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)69
34時(shí)域分析性能指標(biāo)70
341動態(tài)性能指標(biāo)70
342時(shí)域分析實(shí)例73
35高階系統(tǒng)的時(shí)域分析75
351高階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)75
352閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)76
36穩(wěn)態(tài)誤差分析與計(jì)算77
361誤差和穩(wěn)態(tài)誤差的概念77
362輸入信號作用下的穩(wěn)態(tài)誤差78
363擾動信號作用下的穩(wěn)態(tài)誤差80
364改善系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度的方法81
37時(shí)域分析的MATLAB實(shí)現(xiàn)82
371輸出響應(yīng)分析83
372時(shí)域動態(tài)性能指標(biāo)求解84
373穩(wěn)態(tài)誤差分析85
38設(shè)計(jì)實(shí)例：數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)86
習(xí)題87
第4章根軌跡法91
41根軌跡與根軌跡方程91
411根軌跡概念91
412根軌跡方程92
42繪制根軌跡的基本法則93
43廣義根軌跡97
431參數(shù)根軌跡97
432零度根軌跡98
44利用根軌跡分析系統(tǒng)性能101
441根軌跡和性能指標(biāo)的關(guān)系101
442開環(huán)零極點(diǎn)對系統(tǒng)性能的影響103
45根軌跡分析的MATLAB實(shí)現(xiàn)105
451根軌跡的繪制105
452根軌跡上取點(diǎn)106
46設(shè)計(jì)實(shí)例：激光操縱控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)107
習(xí)題109
第5章控制系統(tǒng)的頻域分析111
51系統(tǒng)頻率特性概述111
511頻率特性的基本概念111
512頻率特性與傳遞函數(shù)的關(guān)系113
513頻率特性的求取方法113
52頻率特性的奈奎斯特圖114
521奈奎斯特圖的基本概念114
522典型環(huán)節(jié)的奈奎斯特圖115
523奈奎斯特圖的一般畫法120
53頻率特性的伯德圖122
531伯德圖的基本概念123
532典型環(huán)節(jié)的伯德圖124
533伯德圖的一般畫法130
534小相位系統(tǒng)132
54頻域分析的MATLAB實(shí)現(xiàn)134
541奈奎斯特圖的繪制134
542伯德圖的繪制135
習(xí)題137
第6章控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析139
61代數(shù)穩(wěn)定性判據(jù)139
611穩(wěn)定性的基本概念139
612系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件139
613勞斯穩(wěn)定性判據(jù)141
62頻域穩(wěn)定性判據(jù)145
621奈奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)146
622對數(shù)頻率特性穩(wěn)定判據(jù)149
63控制系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度151
631相位裕度151
632幅值裕度151
64穩(wěn)定性分析的MATLAB實(shí)現(xiàn)154
641求取特征根判定系統(tǒng)的穩(wěn)定性155
642繪制零極點(diǎn)分布圖判定系統(tǒng)的穩(wěn)定性155
643頻率法判定系統(tǒng)的穩(wěn)定性156
65設(shè)計(jì)實(shí)例159
651直流電動機(jī)速度控制系統(tǒng)159
652雕刻機(jī)位置控制系統(tǒng)161
習(xí)題164
第7章控制系統(tǒng)的綜合與校正165
71系統(tǒng)校正的基本概念165
711系統(tǒng)的性能指標(biāo)165
712校正的概念167
713校正的分類167
72校正方法和校正裝置的設(shè)計(jì)169
721串聯(lián)超前校正169
722串聯(lián)滯后校正172
723滯后超前校正175
724PID調(diào)節(jié)器178
73系統(tǒng)的綜合與校正的MATLAB實(shí)現(xiàn)180
74設(shè)計(jì)實(shí)例：直流電動機(jī)調(diào)速性能指標(biāo)改善182
習(xí)題184
第8章離散控制系統(tǒng)分析基礎(chǔ)186
81采樣與信號186
811采樣過程與采樣定理186
812信號恢復(fù)與保持器189
82Z變換與Z傳遞函數(shù)191
821Z變換191
822Z反變換198
823Z傳遞函數(shù)200
83線性離散系統(tǒng)的性能分析204
831穩(wěn)定性分析204
832瞬態(tài)響應(yīng)分析206
84線性離散系統(tǒng)性能分析的MATLAB實(shí)現(xiàn)208
841求取特征根判定系統(tǒng)的穩(wěn)定性208
842連續(xù)系統(tǒng)離散化及離散系統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng)209
習(xí)題211
第9章現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)213
91基本概念213
92狀態(tài)空間表達(dá)式的建立與轉(zhuǎn)換218
921由系統(tǒng)框圖建立狀態(tài)空間表達(dá)式218
922由系統(tǒng)微分方程建立狀態(tài)空間表達(dá)式220
923狀態(tài)矢量的線性變換224
924由狀態(tài)空間表達(dá)式求系統(tǒng)傳遞函數(shù)（陣）225
925由狀態(tài)空間表達(dá)式變換為對角線標(biāo)準(zhǔn)型和約旦標(biāo)準(zhǔn)型227
93狀態(tài)方程的求解234
931齊次狀態(tài)方程的解234
932狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣235
933非齊次狀態(tài)方程的解238
94控制系統(tǒng)的能控性和能觀性238
941能控性與能控性判據(jù)239
942能觀性與能觀性判據(jù)245
943能控性與能觀性的對偶關(guān)系250
944能控標(biāo)準(zhǔn)型與能觀標(biāo)準(zhǔn)型251
95控制系統(tǒng)的狀態(tài)反饋及狀態(tài)觀測器260
951狀態(tài)反饋260
952狀態(tài)觀測器266
953帶狀態(tài)觀測器的閉環(huán)控制系統(tǒng)268
96狀態(tài)空間分析的MATLAB實(shí)現(xiàn)271
961狀態(tài)空間表達(dá)式和傳遞函數(shù)相互轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)271
962狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的實(shí)現(xiàn)273
963能控性和能觀性分析273
964極點(diǎn)配置的實(shí)現(xiàn)275
97設(shè)計(jì)實(shí)例：倒立擺276
971數(shù)學(xué)模型的建立276
972系統(tǒng)特性分析279
習(xí)題281
參考文獻(xiàn)285
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