机械控制工程基础(第2版普通高等教育十三五规划教材)

本教材是针对机械工程 有关专业本科生编写的，内 容包括控制工程基础的基本 概念、控制系统的数学描述 、控制系统的时域及s域分 析方法、控制系统的频率域 分析方法、控制系统的校正 、基于MATLAB的控制系统 仿真与性能分析、离散控制 系统初步等。每章末附有习 题，附录中给出了部分习题 的参考答案。 本书可作为机械工程及 其自动化（机械设计制造及 其自动化）、机械电子工程 、工业工程等专业的本科生 、大专生的控制工程基础的 教材，也可以作为相关专业 的教师和工程技术人员的参 考书。

第1章 绪论 1.1 自动控制的基本概念 1.1.1 反馈与控制 1.1.2 自动控制系统的组成 1.1.3 自动控制系统的分类 1.2 自动控制系统实例 1.2.1 恒值控制系统 1.2.2 随动系统 1.3 自动控制系统的典型输入信号及性能要求 1.3.1 典型输入信号 1.3.2 自动控制系统的性能要求 习题 第2章 控制系统的数学描述 2.1 控制系统的时间域描述一微分方程 2.1.1 建立微分方程的一般步骤 2.1.2 用拉氏变换法求解线性常微分方程的方法简介 2.1.3 微分方程解的物理意义 2.1.4 非线性系统的(小偏差)线性化 2.2 控制系统的s域描述之——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 典型环节的传递函数 2.3 控制系统的s域描述之二——框图(结构图) 2.3.1 框图基本要素和组成 2.3.2 控制系统框图的画法 2.3.3 框图的等效变换 2.4 反馈控制系统传递函数的一般表达式 2.4.1 闭环控制系统框图的一般表达式 2.4.2 闭环传递函数的一般表达式 2.4.3 开环传递函数 习题 第3章 控制系统的时间域及s域分析方法 3.1 稳定的基本概念 3.1.1 稳定性的定义 3.1.2 线性控制系统稳定的充分和必要条件 3.2 系统稳定性判定方法——劳斯(Routh)判据 3.2.1 系统稳定的必要条件 3.2.2 劳斯判据 3.2.3 利用劳斯判据确定使系统稳定的参数 3.3 过渡过程有关的基本概念 3.3.1 时间响应 3.3.2 过渡过程 3.3.3 评价过渡过程性能的指标 3.4 一阶系统的过渡过程分析 3.4.1 一阶系统的数字模型 3.4.2 一阶系统的单位阶跃响应 3.4.3 一阶系统的单位斜坡响应 3.5 二阶系统的过渡过程分析 3.5.1 二阶系统的数学模型 3.5.2 二阶系统的单位阶跃响应 3.5.3 欠阻(0(ζ(1)二阶系统的过渡过程性能指标分析 3.6 高阶系统分析简介 3.6.1 高阶系统数学模型 3.6.2 主导极点和偶极子 3.7 系统对任意输入信号的时间响应 3.7.1 线性控制系统的单位脉冲响应函数 3.7.2 系统对任意输入信号的响应 3.8 控制系统误差分析的基本概念 3.8.1 误差函数与稳态误差 3.8.2 误差与偏差 3.8.3 误差传递函数 3.9 稳态误差求法 3.9.1 稳态误差的一般解法 3.9.2 几种典型输入信号作用下的稳态误差已的求解方法 3.9.3 用误差系数法求稳态误差 习题 第4章 控制系统的频率域分析方法 4.1 频率特性的基本概念及表示方法 4.1.1 频率特性的定义 4.1.2 频率特性的解析表示方法 4.1.3 频率特性的图形表示方法 4.2 典型环节的频率特性 4.2.1 比例环节 4.2.2 积分环节 4.2.3 微分环节 4.2.4 惯性环节 4.2.5 一阶微分环节 4.2.6 振荡环节 4.3 开环频率特性 4.3.1 准确开环幅相频率特性曲线的绘制 4.3.2 概略幅相曲线的绘制 4.3.3 开环对数坐标图 4.4 最小和非最小相位系统 4.4.1 最小相位传递函数 4.4.2 对数幅频特性和对数相频特性的关系 4.5 奈魁斯特稳定判据 4.5.1 幅角原理 4.5.2 奈奎斯特稳定判据 4.5.3 系统开环传递函数含有积分环节时奈氏判据的应用 4.6 系统的相对稳定性 4.6.1 相对稳定性的概念 4.6.2 系统的稳定裕量。 4.7 系统动态性能与频域指标及参数的关系 4.7.1 超调量σp与相位稳定裕量γc间的关系 4.7.2 调整时间ts与幅值穿越频率ωc的关系 4.7.3 闭环频率特性参数(Mp，Wp,ω6)与过渡过程指标(σp，tr，ts)的关系 4.8 利用频率特性求正弦信号作用下的稳态误差 习题 第5章 控制系统的校正 5.1 校正的基本概念与校正装置 5.1.1 校正的基本概念 5.1.2 校正装置 5.2 串联校正 5.2.1 比例(P)串联校正 5.2.2 比例微分(PD)校正(相位超前校正) 5.2.3 相位滞后校正 5.2.4 串联滞后-超前校正 5.2.5 串联带阻滤波器校正 5.3 反馈校正 5.3.1 反馈校正的一般特性 5.3.2 比例反馈包围惯性环节(硬反馈) 5.3.3 比例微分反馈包围积分环节和惯性环节相串联的元件(软反馈) 5.3.4 微分反馈包围积分环节和惯性环节相串联的元件(软反馈) 5.3.5 微分反馈包围振荡环节(软反馈) 5.3.6 一阶微分和二阶微分反馈包围由积分环节和振荡环节相串联组成的元件(软反馈) 5.4 PID控制原理及其实例 5.4.1 PID控制器原理 5.4.2 某精密微小型计算机显微测量仪的PID控制 习题 第6章 基于MATLAB的控制系统仿真与性能分析 6.1 MATLAB简介 6.1.1 MATLAB的起源与发展 6.1.2 MATLAB的构成 6.1.3 MATLAB的功能 6.2 控制系统