本书结合了国内外优秀教材内容以及机械控制工程实例和新理论,由浅入深地介绍了工程控制的基础理论、分析方法、设计过程以及计算机模拟程序。本书旨在培养学生利用控制论的思想和方法,分析、解决机械工程领域中出现的控制问题的能力。
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书名 | 机电工程控制基础(21世纪高等院校机械类专业规划教材) |
分类 | 教育考试-大中专教材-成人教育 |
作者 | 杨咸启//常宗瑜 |
出版社 | 国防工业出版社 |
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简介 | 编辑推荐 本书结合了国内外优秀教材内容以及机械控制工程实例和新理论,由浅入深地介绍了工程控制的基础理论、分析方法、设计过程以及计算机模拟程序。本书旨在培养学生利用控制论的思想和方法,分析、解决机械工程领域中出现的控制问题的能力。 内容推荐 本书为高等学校机械类专业自动控制工程课程而编写。全书共分11章,系统介绍了线性定常控制系统的分析方法,包括控制理论基本概念和特点、传递函数、机电控制系统的传递函数简化、系统时域和频域响应及特征参数、系统稳定性及误差,以及系统的校正设计方法。本书也介绍了离散控制系统的分析方法、非线性系统的基础知识和状态空间的基本理论。与经典的线性理论有很大的不同,非线性系统理论和状态空间理论着眼于总体系统、过程演化,更能揭示实际问题的本质。本书着重介绍它们之间不同的分析方法。 本书的特点是以机电工程中的控制问题为主导,理论与实际紧密相结合,突出了控制理论处理问题的思想和方法。采用比较的方式,介绍了实际控制问题分析实例,便于读者自学。本书可作为机械类专业自动控制课程的本科生教材,也适合于相关专业研究生及科技人员作参考书。 目录 第1章 自动控制的基本概念 /1 1.1 引言 /1 1.2 控制系统的基本概念 /3 1.3 机电工程控制实例简介 /6 1.4 控制系统的要素与要求 /10 1.4.1 系统要素组成 /10 1.4.2 系统分类 /11 1.4.3 系统性能的基本要求 /12 习题1 /13 第2章 线性系统的数学模型 /16 2.1 系统的动态过程与模型概念 /16 2.2 控制系统时域建模方法 /17 2.3 机电控制系统的反馈特点 /22 2.4 微分方程的拉普拉斯变换与逆变换解 /23 2.5 控制系统(环节)的传递函数 /27 2.5.1 传递函数定义 /27 2.5.2 传递函数特性、框图与零极点 /28 2.5.3 典型环节的传递函数 /29 2.6 系统传递函数的框图结构 /36 2.6.1 框图基本要素 /36 2.6.2 控制系统的框图画法 /37 2.6.3 反馈回路结构 /38 习题2 /39 第3章 机电系统传递函数分析 /42 3.1 传递函数框图的等效变换和简化 /42 3.1.1 基本框图及简化 /42 3.1.2 复杂框图简化规則 /44 3.1.3 复杂框图系统的简化 /47 3.2 信号流图和梅森公式 /48 3.3 干扰与反馈控制系统 /50 3.4 典型机电控制系统的传递函数 /52 习题3 /65 第4章 系统时域响应 /68 4.1 时域响应特点与求法 /68 4.2 典型输入信号 /69 4.3 一阶系统的时域响应 /7l 4.3.1 工脉冲输入下的惯性系统响应 /72 4.3.2 其他典型输入下的惯性系统响应与比较73 4.3.3 微分、积分环节响应 /74 4.3.4 线性系统响应的微分特性 /74 4.4 二阶系统的时域响应 /75 4.4.1 传递函数极点 /75 4.4.2 单位斜坡输入下的系统响应 /75 4.4.3 其他典型输入函数下的系统响应 /77 4.4.4 二阶系统的动态特性讨论 /79 4.5 高阶系统的响应分析 /84 4.6 复杂输入函数的系统响应 /87 4.7 系统非零初值的响应 /89 4.7.1 积分变换求法 /89 4.7.2 数值解法 /90 4.8 机电系统响应的计算机分析 /9l 习题4 /96 第5章 系统频域特性分析 /100 5.1 系统频率特性概念 /100 5.1.1 频率响应 /100 5.1.2 频率特性函数 /1O1 5.1.3 频率特性与传递函数关系 /102 5.1.4 频率特性的特点与作用 /103 5.2 频率特性的求法 /103 5.2.1 由传递函数求频率特性 /104 5.2.2 根据系统的稳态响应确定频率特性 /104 5.2.3 利用实验确定频率特性 /105 5.2 闭环与开环系统频率特性关系 /105 5.3 频域特性的幅相图 /107 5.3.1 一阶环节的幅相图 /107 5.3.2 二阶环节的幅相图 /109 5.3.3 复杂系统的幅相图 /110 5.4 频域特性的对数坐标图 /114 5.4.1 对数频率特性函数 /114 5.4.2 一阶环节的对数频率特性曲线 /115 5.4.3 二阶环节的对数频率特性曲线 /118 5.4.4 一般高阶系统的对数曲线 /120 5.5 机电系统的频域特性计算机分析 /123 5.6 系统频域特性特征量 /128 5.7 最小相位系统频率特性 /130 习题5 /131 第6章 系统稳定性与误差分析 /134 6.1 系统稳定性概念与条件 /134 6.1.1 系统稳定性定义 /135 6.1.2 系统稳定性一般条件 /136 6.2 稳定性的代数判定方法 /136 6.2.1 工系统稳定性劳斯判据(充分必要条件) /137 6.2.2 劳斯判据的特殊情况 /140 6.3 稳定性的几何判定方法 /141 6.3.1 奈奎斯特稳定判据 /141 6.3.2 伯德稳定判据 /147 6.4 系统的相对稳定性 /150 6.5 延时系统的稳定性 /152 6.6 系统误差分析 /156 6.6.1 误差概念 /156 6.6.2 系统误差传递函数 /157 6.6.3 系统稳态误差计算 /158 6.6.4 动态误差系数 /161 习题6 /162 第7章 控制系统设计与校正 /165 7.1 机电控制系统设计初步 /165 7.2 PID控制调节器 /167 7.2.1 PID控制模型 /167 7.2.2 PID组合环节的实现与其控制规律 /168 7.3 系统性能指标与校正概念 /173 7.4 串联校正 /176 7.4.1 相位超前(正相位)校正 /176 7.4.2 相位滞后(负相位)校正 /179 7.4.3 相位滞后—超前校正 /182 7.4.4 PID调节器最佳参数设计 /184 7.4.5 确定PID调节器参数的其他方法 /187 7.5 反馈校正 /189 7.5.1 位置反馈校正 /190 7.5.2 速度反馈校正 /191 7.5.3 反馈校正对系统参数变化的作用 /193 7.6 并联(顺馈)校正 /193 习题7 /196 第8章 线性离散控制系统 /199 8.1 模拟信号与数字信号转换 /199 8.1.1 A/D转换 /200 8.1.2 D/A转换 /200 8.2 信号采样理论 /201 8.2.1 采样周期与频率 /201 8.2.2 采样过程 /20l 8.2.3 采样定理 /203 8.2.4 信号保持 /204 8.3 离散变量的Z变换 /204 8.3.1 Z变换定义 /205 8.3.2 Z变换性质与定理 /206 8.3.3 Z变换求法 /208 8.3.4 Z逆变换 /210 8.4 线性离散系统的分析方法 /212 8.4.1 离散系统的差分模型 /212 8.4.2 差分方程的Z变换解法 /213 8.4.3 脉冲传递函数及求法 /213 8.4.4 脉冲传递函数系统简化分析 /215 8.4.5 离散系统的响应 /218 8.5 离散系统的误差分析 /219 8.6 离散系统的稳定性分析 /221 8.6.1 Z平面与s平面的映射关系 /221 8.6.2 线性离散系统稳定的充要条件 /222 8.6.3 线性离散系统稳定判据 /223 8.7 离散系统的校正 /225 8.7.1 数字控制器Gn(z) /225 8.7.2 离散校正环节的近似设计 /226 8.7.3 最少拍系统设计与校正方法 /229 8.7.4 数字PID控制器 /230 习题8 /233 第9章 非线性控制系统基础 /237 9.1 非线性控制系统的特征 /237 9.1.1 非线性系统元件参数特征 /237 9.1.2 非线性系统数学模型特征 /237 9.1.3 非线性系统的输出特征 /238 9.1.4 典型非线性环节 /239 9.1.5 非线性系统常用的分析方法 /241 9.2 描述函数法 /242 9.2.1 描述函数定义 /242 9.2.2 常见非线性系统的描述函数 /243 9.2.3 系统稳定性的描述函数分析 /249 9.3 相平面分析法 /254 9.3.1 控制系统的相平面方程 /254 9.3.2 相轨迹图形 /256 9.3.3 相平面轨迹特点 /258 9.3.4 相平面轨迹应用 /26工 9.4 非线性系统实例分析 /262 9.5 非线性系统的数值仿真 /267 习题9 /270 第10章 状态空间理论初步 /274 10.1 系统状态变量与状态方程概念 /274 10.2 系统状态方程的建立方法 /276 10.2.1 由系统微分方程建立状态方程 /276 10.2.2 由线性系统的传递函数建立状态方程 /278 1O.2.3 利用系统的环节框图建立状态方程 /279 10.2.4 非线性系统状态方程 /281 10.3 系统状态方程的求解 /283 10.3.1 线性定常系统状态方程的解 /283 10.3.2 线性时变系统状态方程的解 /288 10.4 离散系统的状态方程 /291 lO.4.1 离散系统状态方程 /291 10.4.2 离散系统状态方程 /293 10.4.3 离散系统状态方程求解 /294 10.4.4 离散系统状态方程数值解 /298 10.5 系统状态特性 /299 10.5.1 能控性的定义和判别 /299 10.5.2 能观性的定义和判别 /300 10.5.3 稳定性判别 /301 习题10 /301 第11章 机电控制系统实验与计算机仿真 /304 11.1 典型机电控制系统组成 /304 11.1.1 控制系统动力与执行机构 /304 11.1.2 控制信号的综合、转换与放大器 /308 11.2 输入信号的实验方法 /311 11.3 机电控制系统的传递函数实验 /312 11.4 典型机电伺服系统的时域实验 /314 11.5 典型机电系统的频率实验 /316 11.6 控制系统的计算机仿真实验 /317 11.7 控制系统的计算机仿真程序 /324 附录A 典型函数的拉普拉斯变换和Z变换 /334 附录B 习题参考答案 /338 |
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