控制工程基础(第5版)

首届全国优秀教材（高等教育类）二等奖。“十二五”普通高等教育本科重量规划教材

该教材是在董景新等编著的《控制工程基础》第4版的基础上，适应线上线下混合式教学编写。教材第5版采用纸质教材和数字化资源结合的新式教材，这种教材既能保持纸质教材的结构逻辑严谨，又能发挥数字化资源的丰富直观。教材主要面向机械类、仪器类及其他非控制专业本科生。主要内容包括：控制系统的动态数学模型、时域瞬态响应分析、控制系统的频率特性、控制系统的稳定性分析、控制系统的误差分析和计算、控制系统的综合与校正、根轨迹法、计算机控制系统、控制系统的非线性问题、MATLAB软件工具在控制系统分析和综合中的应用、LabVIEW工具在控制系统分析和综合中的应用。该教材突出机械运动作为主要控制对象，并对其数学模型和分析综合重点做了介绍；着重基本概念的建立和解决机电控制问题的基本方法的阐明, 并简化或略去与机电工程距离较远较艰深的严格数学推导内容；引入和编写了较多的例题习题, 便于自学；该教材融入了有关的机电一体化新技术和新分析方法，可供相关领域的科技人员参考。同时，为了配合该教材的使用，还编写了《控制工程基础实验指导》和《控制工程基础习题解》以供选用。

董景新,清华大学教授，博士生导师。1981年清华大学研究生毕业。主要从事导航与控制方面的教学和研究工作。兼任中国惯性技术学会监事长、中国航空学会导航控制分会委员、《中国惯性技术学报》编委会副主任委员等。作为课题负责人承担了 “十五”、“十一五”、“十二五”预研项目4项，863项目1项，预研基金项目2项，以及多项开发项目。曾获省部级科研和教学成果一等奖各1项，省部级科研成果三等奖3项，授权发明专利5项。相关教学成果如下：（1）1982年-2014年，作为国家精品课程“控制工程基础”负责人主讲 “控制工程基础”本科生专业基础课程，学生包括清华大学精密仪器系、机械系、汽车系、热能系等。“控制工程基础”课程，获2004年北京市精品课称号。（2）1998年-2014年，作为主讲教师讲授“现代控制理论与方法概论”研究生专业基础课程，学生包括清华大学精密仪器系、机械系、汽车系等。（3）2001年-2014年，负责“控制工程基础”精品课建设项目。（4）负责课程实验室第一期（2001-2003年）、第二期（2004-2010年）建设，完成清华大学985测控教学实验基地“机电控制工程基础”子课题。（5）主编 “控制工程基础”教材（第1、2、3、4版）。

1概论
1.1控制理论在工程中的应用和发展
1.2自动控制系统的基本概念
1.2.1自动控制系统的工作原理
1.2.2开环控制与闭环控制
1.2.3反馈控制系统的基本组成
1.2.4自动控制系统的基本类型
1.2.5对控制系统的基本要求
1.3控制理论在机械制造工业中的应用
1.4课程主要内容及学时安排
例题及习题
2控制系统的动态数学模型
2.1微分方程表示的基本环节数学模型
2.1.1质量-弹簧-阻尼系统
2.1.2电路网络
2.1.3电动机
2.2数学模型的线性化
2.3拉普拉斯变换及反变换
2.3.1拉普拉斯变换的定义
2.3.2简单函数的拉普拉斯变换
2.3.3拉普拉斯变换的性质
2.3.4拉普拉斯反变换
2.3.5借助拉普拉斯变换解常系数线性微分方程
2.4传递函数以及典型环节的传递函数
2.4.1比例环节
2.4.2一阶惯性环节
2.4.3微分环节
2.4.4积分环节
2.4.5二阶振荡环节
2.5系统函数方块图及其简化
2.6系统信号流图及梅森公式
2.7受控机械对象数学模型
2.8绘制实际物理系统的函数方块图
2.9控制系统数学模型的MATLAB实现
2.9.1控制系统在MATLAB中的描述
2.9.2计算闭环传递函数
2.9.3应用举例
*2.10状态空间方程的基本概念
例题及习题
3时域瞬态响应分析
3.1时域响应以及典型输入信号
3.1.1阶跃函数
3.1.2斜坡函数
3.1.3加速度函数
3.1.4脉冲函数
3.1.5正弦函数
3.2一阶系统的瞬态响应
3.2.1一阶系统的单位阶跃响应
3.2.2一阶系统的单位斜坡响应
3.2.3一阶系统的单位脉冲响应
3.3二阶系统的瞬态响应
3.3.1二阶系统的单位阶跃响应
3.3.2二阶系统的单位脉冲响应
3.3.3二阶系统的单位斜坡响应
3.4时域分析性能指标
3.5高阶系统的瞬态响应
3.6借助MATLAB进行系统时间响应分析
3.6.1基于Toolbox工具箱的时域分析
3.6.2系统框图输入与仿真工具Simulink
3.7时域瞬态响应的实验方法
例题及习题
4控制系统的频率特性
4.1机电系统频率特性的概念及其基本实验方法
4.1.1频率特性概述
4.1.2频率特性的实验求取
4.2极坐标图
4.2.1典型环节的奈氏图
4.2.2奈氏图的一般作图方法
4.3对数坐标图
4.3.1典型环节的伯德图
4.3.2一般系统伯德图的作图方法
4.3.3最小相位系统
4.4由频率特性曲线求系统传递函数
4.5由单位脉冲响应求系统的频率特性
4.6控制系统的闭环频响
4.6.1由开环频率特性估计闭环频率特性
4.6.2系统频域指标
4.7机械系统动刚度的概念
4.8借助MATLAB进行控制系统的频域响应分析
4.8.1频率响应的计算方法
4.8.2频率响应曲线的绘制
例题及习题
5控制系统的稳定性分析
5.1系统稳定性的基本概念
5.2系统稳定的充要条件
5.3代数稳定性判据
5.3.1劳斯稳定性判据
5.3.2赫尔维茨稳定性判据
5.4奈奎斯特稳定性判据
5.4.1映射定理
5.4.2奈奎斯特稳定性判据
5.4.3奈奎斯特稳定性判据应用于最小相位系统
5.5应用奈奎斯特稳定性判据分析延时系统的稳定性
5.5.1延时环节串联在闭环系统的前向通道中时的系统稳定性
5.5.2延时环节并联在闭环系统前向通道中时的系统稳定性
5.6由伯德图判断系统的稳定性
5.7控制系统的相对稳定性
……