控制工程基础(高等院校智能制造应用型人才培养系列教材)

本书主要介绍控制系统 的基础知识和设计方法。首 先介绍了控制系统的基本概 念，然后论述了控制系统的 微分方程和传递函数等数学 模型的建立和等效简化方法 。在系统分析方面，主要介 绍了控制系统的时域分析法 、根轨迹分析法和频域分析 法。在系统设计方面，主要 介绍了串联校正技术和PID 控制技术。在计算机控制技 术方面，简明地论述了连续 信号的采样过程和离散系统 的数学模型，并介绍了控制 系统典型环节和数字PID控 制器的程序设计方法。本书 还包括MATLAB应用的内容 ，并在附录中介绍了拉普拉 斯变换和z变换的基本理论 。 本书的主要特点体现在 ：编写体系符合教学规律， 内容精练，重点突出，强调 基本概念和基本原理的掌握 与应用；适应拓宽专业口径 的需要，重点阐述共性问题 ；从直观的物理概念出发来 分析和解决问题，简化或略 去艰深的数学推导；考虑到 学生的知识基础，论述由浅 入深，注重实例分析，便于 自学。 本书可作为普通高等院 校机械类专业控制理论课程 的教材，也可供有关工程技 术人员参考使用。

第1章 绪论 1.1 控制工程概述 1.1.1 控制理论的发展概况 1.1.2 控制理论的主要内容 1.1.3 控制工程基础的研究对象 1.2 控制系统的基本概念 1.2.1 控制系统的工作原理 1.2.2 开环控制和闭环控制 1.2.3 反馈控制系统的基本组成 1.3 控制系统的分类 1.3.1 按输入信号的变化规律分类 1.3.2 按控制系统的数学模型分类 1.3.3 按信号处理技术的方法分类 1.4 对控制系统的基本要求 1.5 自动控制系统举例 1.5.1 水位自动控制系统 1.5.2 机械式转速控制系统 本章小结 习题 第2章 控制系统的数学模型 2.1 控制系统的微分方程 2.2 控制系统的传递函数 2.2.1 传递函数的定义 2.2.2 传递函数的性质 2.2.3 传递函数的建立 2.3 控制系统的典型环节及其传递函数 2.3.1 典型环节的分类及其传递函数 2.3.2 常用的反馈控制系统传递函数 2.4 传递函数的方块图及其简化运算 2.4.1 方块图的组成 2.4.2 方块图的建立 2.4.3 方块图的简化运算 2.4.4 梅逊公式 2.5 典型控制系统的数学模型 本章小结 习题 第3章 控制系统的时域分析法 3.1 典型输入信号及时域性能指标 3.1.1 典型输入信号 3.1.2 时域性能指标 3.2 一阶系统的时间响应分析 3.2.1 一阶系统的数学模型 3.2.2 一阶系统的典型时间响应分析 3.3 二阶系统的时间响应分析 3.3.1 二阶系统的数学模型 3.3.2 二阶系统的单位阶跃响应分析 3.3.3 二阶系统的动态性能指标分析 3.4 高阶系统的时间响应分析 3.5 控制系统的稳定性分析 3.5.1 系统稳定性的定义 3.5.2 系统稳定的充分必要条件 3.5.3 劳斯稳定判据 3.6 控制系统的稳态误差分析 3.6.1 稳态误差的概念及计算 3.6.2 系统的类型 3.6.3 稳态误差系数的概念及计算 3.6.4 扰动引起的稳态误差计算 3.7 应用MATLAB行控制系统的时域分析 本章小结 习题 第4章 控制系统的根轨迹分析法 4.1 根轨迹的基本概念 4.1.1 根轨迹的定义 4.1.2 根轨迹与系统性能 4.1.3 根轨迹方程 4.2 根轨迹绘制的基本法则 4.3 参量根轨迹 4.4 用根轨迹分析系统性能 4.4.1 主导极点 4.4.2 偶极子 4.4.3 系统性能与零、极点的关系 4.4.4 系统根迹线的改造 本章小结 习题 第5章 控制系统的频域分析法 5.1 频率特性的基本概念 5.1.1 频率特性的定义 5.1.2 频率特性和传递函数之间的关系 5.2 频率特性的几何表示方法 5.2.1 幅相频率特性曲线 5.2.2 对数频率特性曲线 5.3 典型环节的对数频率特性 5.3.1 比例环节 5.3.2 积分环节 5.3.3 微分环节 5.3.4 惯性环节 5.3.5 一阶微分环节 5.3.6 振荡环节 5.3.7 二阶微分环节 5.4 系统开环频率特性的绘制 5.4.1 伯德图绘制的简便方法 5.4.2 小相位系统与非小相位系统 5.5 用频率特性分析系统的稳定性 5.5.1 奈奎斯特稳定判据 5.5.2 开环稳定系统的对数频率稳定判据 5.5.3 稳定裕度与系统的相对稳定性 5.5.4 关于相角裕度和幅值裕度的几点说明 5.6 用频率特性分析系统的稳态性能 5.6.1 系统型别的确定 5.6.2 开环放大倍数K的确定 5.7 用频率特性分析系统的动态性能 5.7.1 开环频域指标 5.7.2 开环频率特性的三频段与系统性能的关系 本章小结 习题 第6章 控制系统的校正技术 6.1 控制系统设计与校正概述 6.1.1 控制系统的设计原则 6.1.2 控制系统的校正方式 6.2 闭环系统的串联校正 6.2.1 相位超前校正 6.2.2 相位滞后校正 6.2.3 相位滞后-超前校正 6.2.4 串联校正方式的特性比较 6.3 闭环系统的PID控制 6.3.1 P控制器 6.3.2 PI控制器 6.3.3 PD控制器 6.3.4 PID控制器 6.4 反馈校正 6.4.1 利用反馈校正改变局部结构和参数 6.4.2 利用反馈校正取代局部结构 6.5 复合校正 6.5.1 按输入补偿的顺馈控制 6.5.2 按补偿的前馈控制 本章小结 习题 第7章 计算机控制技术 7.1 计算机控制系统概述 7.1.1 计算机控制系统的组成 7.1.2 计算机控制系统的特点 7.2 连续信号的采样 7.2.1 连续信号的采样过程 7.2.2 连续信号的采样定理 7.3 离散系统的差分方程 7.3.1 差分的概念 7.3.2 差分方程的概念 7.3.3 差分方程的求解 7.4 离散系统的脉冲传递函数 7.4.1 脉冲传递函数的概念 7.4.2 脉冲传递函数的求取 7.5 离散系统的性能分析 7.5.1 离散系统的动态性能分析 7