機械控制工程基礎（第3版）

第1章 緒論 （1）
1.1 引言 （1）
1.1.1 控制工程發(fā)展史 （1）
1.1.2 機械控制工程的研究對象與任務 （2）
1.2 控制系統(tǒng)簡介 （3）
1.2.1 控制系統(tǒng)的分類 （3）
1.2.2 閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成 （7）
1.2.3 對控制系統(tǒng)的基本要求 （7）
1.3 思政元素 （8）
1.3.1 控制工程史的演變及特色 （8）
1.3.2 大國制造的振興與崛起 （9）
1.3.3 控制工程發(fā)展中的哲學思考 （9）
本章小結 （10）
習題1 （10）
第2章 拉普拉斯變換 （11）
2.1 復變量與復變函數(shù) （12）
2.1.1 復變量 （12）
2.1.2 復變函數(shù) （12）
2.1.3 歐拉公式 （12）
2.2 拉氏變換的概念 （13）
2.2.1 問題的提出 （13）
2.2.2 拉氏變換的存在定理 （14）
2.3 拉氏變換的性質(zhì) （20）
2.3.1 線性性質(zhì) （20）
2.3.2 微分性質(zhì) （21）
2.3.3 積分性質(zhì) （23）
2.3.4 位移性質(zhì) （24）
2.3.5 延遲性質(zhì) （24）
2.3.6 尺度變換 （25）
2.3.7 初值定理、終值定理 （26）
2.4 拉氏逆變換 （28）
2.5 卷積 （32）
2.5.1 卷積的概念 （33）
2.5.2 卷積定理 （33）
2.6 思政元素 （37）
2.6.1 從傅里葉到拉普拉斯感悟包容與探索 （37）
2.6.2 透過積分變換之窗我們看到了什么 （38）
本章小結 （38）
習題2 （39）
第3章 系統(tǒng)的數(shù)學模型 （41）
3.1 系統(tǒng)的微分方程 （42）
3.1.1 建立微分方程的基本步驟 （42）
3.1.2 機械系統(tǒng)的微分方程 （43）
3.1.3 電氣系統(tǒng)的微分方程 （46）
3.1.4 系統(tǒng)的相似性 （48）
3.1.5 機電系統(tǒng)的微分方程 （49）
3.2 系統(tǒng)的傳遞函數(shù) （52）
3.2.1 傳遞函數(shù)的基本概念 （53）
3.2.2 傳遞函數(shù)的零點、極點和放大系數(shù) （54）
3.2.3 典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù) （55）
3.3 系統(tǒng)方框圖及其簡化 （67）
3.3.1 系統(tǒng)傳遞函數(shù)的方框圖表示 （68）
3.3.2 傳遞函數(shù)方框圖的簡化 （72）
3.3.3 公式法化簡系統(tǒng)方框圖 （78）
3.4 信號流圖與梅森增益公式 （79）
3.4.1 信號流圖 （79）
3.4.2 梅森增益公式 （80）
3.5 輸入和干擾同時作用下的系統(tǒng)傳遞函數(shù) （83）
3.6 思政元素 （86）
本章小結 （86）
習題3 （87）
第4章 時間響應分析 （92）
4.1 概述 （92）
4.1.1 時間響應及其組成 （93）
4.1.2 典型試驗信號 （93）
4.2 一階系統(tǒng)時間響應 （95）
4.2.1 一階系統(tǒng)單位脈沖響應 （95）
4.2.2 一階系統(tǒng)單位階躍響應 （96）
4.2.3 單位脈沖響應和單位階躍響應的關系 （97）
4.3 二階系統(tǒng)時間響應 （97）
4.3.1 二階系統(tǒng)標準形式 （97）
4.3.2 二階系統(tǒng)特征方程的根與阻尼比的關系 （98）
4.3.3 二階系統(tǒng)單位脈沖響應 （99）
4.3.4 二階系統(tǒng)單位階躍響應 （101）
4.3.5 二階系統(tǒng)響應的性能指標 （105）
4.4 系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差分析 （110）
4.4.1 系統(tǒng)誤差與偏差的關系 （110）
4.4.2 系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差 （111）
4.4.3 靜態(tài)誤差系數(shù) （113）
4.5 思政元素 （116）
4.5.1 指數(shù)函數(shù)與國王下棋的故事 （116）
4.5.2 讀一條曲線享豁達人生 （117）
4.5.3 科學與國學殊途同歸 （117）
4.5.4 大道至簡 （118）
本章小結 （118）
習題4 （119）
第5章 系統(tǒng)頻率響應分析 （121）
5.1 頻率特性概述 （121）
5.1.1 頻率特性的概念 （121）
5.1.2 頻率特性的特點和作用 （124）
5.2 頻率特性的極坐標圖（Nyquist圖） （125）
5.2.1 典型環(huán)節(jié)的Nyquist圖 （126）
5.2.2 Nyquist圖的一般繪制方法 （130）
5.3 頻率特性的對數(shù)坐標圖（Bode圖） （134）
5.3.1 概述 （134）
5.3.2 典型環(huán)節(jié)的Bode圖 （135）
5.3.3 Bode圖的一般繪制方法 （140）
5.4 閉環(huán)頻率特性 （146）
5.5 小相位系統(tǒng)與非小相位系統(tǒng) （147）
5.6 根據(jù)頻率特性曲線估計系統(tǒng)傳遞函數(shù) （148）
5.6.1 確定放大倍數(shù)K （148）
5.6.2 各環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)的確定 （149）
5.7 思政元素 （150）
5.7.1 Bode圖與分貝的由來 （150）
5.7.2 一個近似，一種智慧 （151）
本章小結 （152）
習題5 （152）
第6章 系統(tǒng)穩(wěn)定性分析 （154）
6.1 系統(tǒng)穩(wěn)定的概念和條件 （154）
6.1.1 系統(tǒng)穩(wěn)定的基本概念 （154）
6.1.2 系統(tǒng)穩(wěn)定性與特征根的關系 （155）
6.1.3 系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件 （156）
6.2 勞斯（Routh）穩(wěn)定判據(jù) （157）
6.2.1 系統(tǒng)穩(wěn)定的必要條件 （157）
6.2.2 系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件 （158）
6.2.3 勞斯判據(jù)的特殊情況 （160）
6.3 Nyquist穩(wěn)定判據(jù) （161）
6.3.1 米哈伊洛夫定理 （161）
6.3.2 Nyquist穩(wěn)定判據(jù)的證明 （163）
6.3.3 開環(huán)含有積分環(huán)節(jié)的Nyquist圖 （165）
6.3.4 具有延時環(huán)節(jié)的系統(tǒng)穩(wěn)定性分析 （167）
6.3.5 Nyquist穩(wěn)定判據(jù)的應用舉例 （168）
6.4 Bode穩(wěn)定判據(jù) （170）
6.5 系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性 （173）
6.5.1 相位裕度? （173）
6.5.2 幅值裕度Kg （174）
6.6 思政元素 （177）
6.6.1 穩(wěn)定是保證一切指標的前提 （177）
6.6.2 穩(wěn)定是一種狀態(tài)更是一種能力 （177）
本章小結 （178）
習題6 （178）
第7章 系統(tǒng)校正 （180）
7.1 系統(tǒng)的性能指標 （181）
7.1.1 時域性能指標 （181）
7.1.2 頻域性能指標 （181）
7.2 系統(tǒng)校正 （185）
7.2.1 校正的概念 （185）
7.2.2 校正方式 （185）
7.3 串聯(lián)校正 （186）
7.3.1 增益校正 （186）
7.3.2 相位超前校正 （188）
7.3.3 相位滯后校正 （191）
7.3.4 相位滯后－超前校正 （195）
7.4 PID校正 （199）
7.4.1 PID控制規(guī)律及其實現(xiàn) （199）
7.4.2 PID調(diào)節(jié)器的設計 （203）
7.5 反饋校正 （206）
本章小結 （211）
習題7 （211）
第8章 根軌跡法 （215）
8.1 根軌跡概述 （215）
8.2 繪制根軌跡的基本條件 （218）
8.2.1 繪制根軌跡的幅值條件 （218）
8.2.2 繪制根軌跡的相位條件 （219）
8.3 根軌跡的繪制 （219）
8.3.1 根軌跡的繪制準則 （219）
8.3.2 根軌跡的繪制實例 （221）
本章小結 （225）
習題8 （225）
第9章 線性離散系統(tǒng) （227）
9.1 計算機控制系統(tǒng)概述 （227）
9.1.1 計算機控制系統(tǒng)的組成 （227）
9.1.2 信號的采樣與采樣定理 （230）
9.2 Z變換 （232）
9.2.1 Z變換的定義 （233）
9.2.2 Z變換的性質(zhì) （235）
9.2.3 Z反變換 （237）
9.3 線性離散系統(tǒng)的數(shù)學模型 （240）
9.3.1 線性離散系統(tǒng)的差分方程 （240）
9.3.2 脈沖傳遞函數(shù) （242）
9.4 線性離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 （248）
9.4.1 線性離散系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件 （248）
9.4.2 線性離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性判據(jù) （249）
9.4.3 線性離散系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差分析 （252）
9.5 線性離散系統(tǒng)的校正與設計 （255）
9.5.1 對數(shù)頻率特性法校正 （255）
9.5.2 有限拍設計 （258）
9.5.3 數(shù)字PID控制 （264）
本章小結 （270）
習題9 （271）
第10章 MATLAB在控制工程中的應用 （273）
10.1 MATLAB簡介 （273）
10.2 用MATLAB進行瞬態(tài)響應分析 （274）
10.2.1 線性系統(tǒng)的MATLAB表示 （274）
10.2.2 系統(tǒng)單位階躍響應的求法 （275）
10.2.3 系統(tǒng)單位脈沖響應的求法 （275）
10.3 用MATLAB進行頻率響應分析 （276）
10.3.1 用MATLAB作Bode圖 （276）
10.3.2 用MATLAB作Nyquist圖 （278）
10.4 Simulink應用 （279）
10.4.1 Simulink概述 （279）
10.4.2 啟動Simulink工具包 （280）
10.4.3 用Simulink創(chuàng)建系統(tǒng)模型 （281）
10.4.4 用Simulink進行系統(tǒng)仿真 （284）
本章小結 （285）
習題參考答案 （286）
參考文獻 （298）