机械控制工程基础

本书以控制工程应用为背景，介绍了机械控制工程理论的概念、原理和方法，注重理论与实践相结合。 本书配有大量例题和习题，每章配有工程案例分析和MATLAB程序分析，力求帮助读者学会理论联系实际，提高运用控制理论解决机械工程实际问题的能力。 融入思政元素，聚焦提高工科人才的培养质量，着重培养大学生将控制理论知识应用于解决工程实际问题的能力，使其更好地服务于国家科技创新和制造强国战略。

本书以控制工程应用为背景，介绍了机械控制工程理论的概念、原理和方法。具体内容包括：第1~6章为经典控制理论，介绍了自动控制理论的基本概念，控制系统的时域和复域数学模型的建立，线性系统对典型输入的时间响应分析、稳态误差计算、频率特性分析和稳定性分析，以及控制系统的设计与校正。第7章介绍线性离散控制系统数学模型的建立和性能分析方法。本书在理论讲解部分注重启发性和引导性，逻辑清晰，重点突出，细节详尽，配有大量例题和习题，便于读者阅读、理解、练习和掌握。此外，每章配有工程案例分析和MATLAB程序分析，力求帮助读者学会理论联系实际，提高运用控制理论解决机械工程实际问题的能力。
本书可作为普通高等院校机械工程、机械设计制造及其自动化、机械电子工程等专业的教材，适合现代产业学院授课，也可作为相关工程技术人员和自学者的参考书。

前言
第1章绪论
1.1自动控制技术与理论概述
1.2自动控制理论发展历程
1.2.1经典控制理论的形成
1.2.2控制理论的三个发展阶段
1.3控制系统的分类
1.4闭环控制系统
1.4.1反馈控制
1.4.2闭环控制系统的工作原理
1.5控制系统的基本组成
1.5.1控制系统的组成元件
1.5.2控制系统的信号
1.6控制系统的基本要求
1.7控制理论在工程领域中的应用实例
1.8MATLAB分析与设计实用程序
习题
第2章控制系统的数学模型
2.1控制系统的时域数学模型
2.1.1线性系统微分方程的建立
2.1.2非线性系统方程的线性化
2.1.3线性定常微分方程求解
2.2拉氏变换与反变换
2.2.1典型函数的拉氏变换
2.2.2拉氏变换的主要定理
2.2.3应用拉氏变换解线性微分方程
2.3控制系统的复域数学模型
2.3.1传递函数
2.3.2常用元件的传递函数
2.3.3典型环节的传递函数
2.3.4传递函数的标准形式
2.4控制系统框图及其化简
2.4.1控制系统框图
2.4.2框图的等效变换与化简
2.5控制系统的信号流图
2.5.1信号流图
2.5.2梅森增益公式
2.6控制系统的传递函数
2.6.1系统的开环传递函数
2.6.2闭环系统的传递函数
2.6.3闭环系统的误差传递函数
2.7工程实例：阀控缸电液伺服系统分析
2.8建立数学模型的MATLAB程序
习题
第3章控制系统的时域分析
3.1时间响应和典型输入信号
3.1.1控制系统的时间响应
3.1.2典型输入信号
3.1.3系统的时域性能指标
3.2一阶系统的时间响应
3.2.1一阶系统的数学模型
3.2.2一阶系统的单位脉冲响应
3.2.3一阶系统的单位阶跃响应
3.2.4一阶系统的单位速度响应
3.2.5一阶系统对典型输入时间响应的比较
3.3二阶系统的时间响应
3.3.1二阶系统及其传递函数
3.3.2二阶系统闭环特征方程分析
3.3.3二阶系统的阶跃响应分析
3.4二阶系统性能指标的计算
3.5高阶系统的时间响应分析
3.6稳态误差分析与计算
3.6.1稳态误差的基本概念
3.6.2稳态误差的计算
3.6.3系统的类型与典型信号作用下的稳态误差
3.6.4干扰作用下的稳态误差
3.7工程实例：控制系统的时域分析
3.8系统时域分析的MATLAB程序
习题
第4章控制系统的频域分析
4.1频率特性的基本概念及图示方法
4.2典型环节的频率特性
4.3系统的开环频率特性
4.3.1开环Nyquist图的绘制
4.3.2开环Bode图的绘制
4.3.3由开环对数幅频特性图确定开环传递函数
4.3.4最小相位系统和非最小相位系统
4.4闭环系统频率特性及性能分析
4.4.1闭环频率特性
4.4.2闭环频域性能指标
4.4.3闭环系统性能分析
4.5工程实例：控制系统的频域分析
4.6系统频域分析的MATLAB程序
习题
第5章控制系统的稳定性
5.1稳定性的基本概念
5.1.1系统的稳定性
5.1.2稳定性的定义
5.1.3系统稳定的条件
5.2劳斯判据
5.2.1劳斯阵列的建立
5.2.2劳斯判据的定义
5.2.3劳斯判据的几种特殊情况
5.2.4劳斯判据的应用
5.3奈奎斯特判据
5.3.1奈奎斯特判据的数学基础
5.3.2奈奎斯特判据的应用
5.3.3对数奈奎斯特判据
5.4系统的相对稳定性
5.4.1稳定裕度
5.4.2稳定裕度的计算
5.5工程实例：履带车转向控制系统设计
5.6系统稳定性分析的MATLAB程序
习题
第6章控制系统的设计与校正
6.1系统校正
6.1.1系统校正的概念
6.1.2系统的性能指标
6.1.3校正的分类
6.2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
6.3PID校正
6.3.1P控制器
6.3.2PD控制器
6.3.3PI控制器
6.3.4PID控制器
6.4系统的期望特性与反馈校正
6.4.1系统的期望特性
6.4.2反馈校正
6.5MATLAB辅助设计与案例分析
6.5.1推导控制系统的传递函数
6.5.2用MATLAB软件进行分析和设计
习题
第7章线性离散系统初步
7.1离散控制系统概述
7.1.1离散控制系统的结构与组成
7.1.2离散控制系统的特点
7.2信号的采样与复现
7.2.1信号的采样
7.2.2采样定理
7.3Z变换与Z反变换
7.3.1Z变换的定义
7.3.2Z变换方法
7.3.3Z变换性质
7.3.4Z反变换
7.4线性离散系统的传递函数
7.4.1线性常系数差分方程
7.4.2脉冲传递函数
7.4.3开环串联脉冲传递函数
7.4.4闭环系统脉冲传递函数
7.5离散系统的稳定性分析
7.6离散系统的稳态性能分析
7.6.1离散系统的稳态误差
7.6.2离散系统的型别与静态误差系数
7.7离散系统的动态性能分析
7.8离散系统的数字校正
7.8.1模拟化设计
7.8.2离散系统的数字校正步骤
习题
参考文献