本书总结了近年来教学实践和教学改革的经验，并借鉴了国内外同类优秀教材，由工作在教学第一线上具有丰富教学经验的几位教师编撰而成。

全书共分7章，主要介绍了机械控制工程中广为应用的经典控制理论以及计算机控制系统初步等内容，主要包括自动控制系统的基本概念、控制系统的数学模型、控制系统的时域分析、控制系统的频域分析、控制系统的根轨迹、控制系统的综合与校正以及计算机控制系统初步等。以经典控制理论为主，尽量淡化繁冗的理论推导，注重基本概念和原理的阐述，系统性强，便于学生自学。同时，配有适量的思考题与习题，以配合课堂教学，帮助读者准确理解有关概念，掌握解题方法和技巧。

本书主要介绍了控制工程的基本概念和基础知识，以及MATLAB软件在控制系统分析与设计中的应用。全书共分7章，内容包括绪论、控制系统的数学模型、控制系统的时域分析、控制系统的频域分析、控制系统的根轨迹、控制系统的综合与校正以及计算机控制系统初步等部分。书中以大量机电系统的控制实例渗透于各章节，每章前配有“主要内容”、“重点与难点”和“基本要求”，章后配有“本章小结”和“思考题与习题”，便于读学习和巩固所学知识。并在书后附有部分思考题与习题的参考答案，以配合课堂教学，帮助读者准确理解有关概念，掌握解题方法与技巧。

全书章节内容连贯，系统性强。注重控制理论在机械工程中的应用，并结合机械系统实例，对系统进行分析与设计，为将来运用控制理论解决机械工程中的实际问题打下基础。

本书可作为应用型本科院校机械工程类专业、测控技术及仪器类专业及高职高专院校自动化类专业的教材，也可作为相关领域的工程技术人员参考书。

常用符号表

第1章 绪论

 1.1 引言

1.1.1 控制理论的发展

1.1.2 MATLAB工程软件

 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 自动控制系统的基本控制方式

1.2.3 自动控制系统的基本组成

 1.3 自动控制系统的分类

 1.4 对控制系统的基本要求

 1.5 本课程的学习方法

 本章小结

 思考题与习题

第2章 控制系统的数学模型

 2.1 控制系统的微分方程

2.1.1 线性系统(元部件)微分方程的建立

2.1.2 非线性系统微分方程的线性化

 2.2 控制系统的传递函数

2.2.1 传递函数概述

2.2.2 常用控制元件的传递函数

2.2.3 典型环节的传递函数

2.2.4 传递函数的标准形式

 2.3 控制系统的结构图及其等效变换

2.3.1 结构图概述

2.3.2 结构图的等效变换

 2.4 控制系统的几种常用传递函数

2.4.1 系统的开环传递函数

2.4.2 闭环系统的传递函数

2.4.3 闭环系统的误差传递函数

 2.5 控制系统数学模型的MATLAB实现

2.5.1 传递函数的MATLAB描述

2.5.2 Simulink动态结构图

2.5.3 数学模型的转换

 本章小结

 思考题与习题

第3章 控制系统的时域分析

 3.1 时间响应与典型输入信号

3.1.1 时间响应的概念

3.1.2 典型输入信号

 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

 3.3 二阶系统的时间响应

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

 3.4 瞬态响应的性能指标

 3.5 稳态误差分析与计算

3.5.1 稳态误差的概念

3.5.2 稳态误差的计算

3.5.3 稳态误差系数

3.5.4 干扰作用下的稳态误差

 3.6 Routh—Hurwitz稳定判据

3.6.1 Hurwiz稳定性判据

3.6.2 Routh判据

 3.7 MATLAB环境下时域响应分析

 本章小结

 思考题与习题

第4章 控制系统的频域分析

 4.1 频率特性的基本概念

4.1.1 频率特性概述

4.1.2 频率特性的求取方法

4.1.3 频率特性的表示法

 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 惯性环节

4.2.4 振荡环节

4.2.5 微分环节

4.2.6 延时环节

4.2.7 最小相位系统与非最小相位系统

 4.3 控制系统的开环频率特性

4.3.1 系统开环幅相频率特性

4.3.2 系统开环对数频率特性

 4.4 控制系统的频域稳定性分析

4.4.1 系统开环频率特性与闭环特征式的关系

4.4.2 幅角变化与系统稳定性的关系

4.4.3 Nyquist稳定判据

4.4.4 应用Bode图判断闭环系统的稳定性

 4.5 开环频率特性分析

4.5.1 开环频域性能指标

4.5.2 开环频率特性与时域指标的关系

4.5.3 中频段特性与开环频率特性间的关系

 4.6 闭环频率特性分析

4.6.1 闭环频率特性

4.6.2 闭环频域指标

4.6.3 闭环频域性能指标与时域指标

 本章小结

 思考题与习题

第5章 控制系统的根轨迹

 5.1 根轨迹与控制系统特性

 5.2 绘制根轨迹的基本法则

 5.3 用根轨迹分析控制系统的性能

 5.4 利用MATLAB绘制系统根轨迹

 本章小结

 思考题与习题

第6章 控制系统的综合与校正

 6.1 控制系统校正的基本概念

6.1.1 控制系统校正与校正装置

6.1.2 控制系统的性能指标

6.1.3 校正方式

 6.2 校正装置及其特性

6.2.1 超前校正装置

6.2.2 滞后校正装置

6.2.3 滞后一超前校正装置

 6.3 串联校正

6.3.1 相位超前校正

6.3.2 相位滞后校正

6.3.3 串联滞后一超前校正

 6.4 并联校正

6.4.1 反馈校正

6.4.2 前馈校正

 6.5 MATLAB在系统校正中的基本应用

 本章小结

 思考题与习题

第7章 计算机控制系统初步

 7.1 计算机控制系统概述

7.1.1 计算机控制系统的基本概念

7.1.2 计算机控制系统的组成

7.1.3 计算机控制系统的分类

7.1.4 计算机控制系统的发展概况

7.1.5 计算机控制系统的发展趋势

 7.2 信号的采样与复原

7.2.1 计算机控制系统的信号形式

7.2.2 采样定理

7.2.3 信号的复原

 7.3 z变换及其逆变换

7.3.1 z变换的定义

7.3.2 z变换的性质

7.3.3 z逆变换

 7.4 计算机控制系统的数学模型

7.4.1 线性差分方程

7.4.2 脉冲传递函数

 7.5 计算机控制系统的控制算法

7.5.1 数字PID控制算法

7.5.2 数字PID控制器的改进

7.5.3 数字PID调节器参数整定

 本章小结

 思考题与习题

附录A 拉普拉斯变换

附录B 常用函数的拉普拉斯变换和z变换表

附录C 常用控制工程术语汉英对照表

思考题与习题参考答案

参考文献