章绪论(1)
1.1概述(1)
1.2工程控制理论的研究对象和研究内容(2)
1.3控制系统(2)
1.3.1系统(2)
1.3.2反馈控制系统(3)
1.3.3控制系统分类(5)
1.4对控制系统的基本要求(9)
1.5本课程的特点及学习方法(10)
1.6本章小结(10)
1.7习题(10)
第2章机械工程控制论的数学基础(11)
2.1复数和复变函数(11)
2.1.1复数(11)
2.1.2复数的运算规则(11)
2.1.3复变函数的零点和极点(12)
2.2拉氏变换(12)
2.2.1拉氏变换的定义(13)
2.2.2典型时间函数的拉氏变换(13)
2.2.3拉氏变换的主要运算定理(17)
2.3拉氏逆变换(21)
2.3.1拉氏逆变换的定义(21)
2.3.2拉氏逆变换的数学方法(21)
2.4拉氏变换在控制工程中的应用(24)
2.5本章小结(26)
2.6习题(27)
第3章系统的数学模型(28)
3.1系统的时域数学模型(28)
3.1.1系统微分方程(28)
3.1.2非线性微分方程线性化处理(29)
3.1.3机械系统微分方程(30)
3.2系统的复域数学模型(36)
3.2.1传递函数(36)
3.2.2传递函数的零点、极点和增益(38)
3.2.3典型环节的传递函数(38)
3.3系统传递函数方框图(47)
3.3.1方框图(47)
3.3.2传递函数方框图的等效变换(48)
3.3.3传递函数方框图的简化(51)
3.4梅逊公式(56)
3.5系统的状态空间模型(56)
3.5.1状态变量与状态空间表达式(56)
3.5.2线性系统的状态方程(57)
3.5.3传递函数与状态空间表达式相互转化(59)
3.6本章小结(60)
3.7习题(60)
第4章系统的时域分析(63)
4.1系统的时间响应及其组成(63)
4.1.1系统的时间响应(63)
4.1.2非齐次二阶线性微分方程的解及其解的组成(63)
4.1.3系统的时间响应组成(64)
4.2典型输入信号(66)
4.3一阶系统的时间响应(67)
4.3.1单位脉冲响应(68)
4.3.2单位阶跃响应(68)
4.3.3单位斜坡响应(69)
4.4二阶系统的时间响应(71)
4.4.1二阶系统的传递函数(72)
4.4.2二阶系统的极点(73)
4.4.3二阶系统的单位脉冲响应(74)
4.4.4二阶系统的单位阶跃响应(76)
4.5系统的时域性能指标(79)
4.5.1系统的时域性能指标定义(79)
4.5.2一阶系统的时域性能指标(80)
4.5.3二阶系统的时域性能指标(81)
4.6高阶系统的时域分析(88)
4.6.1典型三阶系统的单位阶跃响应(88)
4.6.2高阶系统的单位阶跃响应(90)
4.7系统的误差分析与计算(91)
4.7.1系统的误差与偏差(92)
4.7.2稳态误差(93)
4.7.3系统类型(93)
4.7.4静态误差系数与稳态误差(94)
4.7.5干扰作用下的稳态误差(97)
4.8本章小结(102)
4.9习题(102)
第5章根轨迹法(105)
5.1根轨迹法概述(105)
5.1.1根轨迹的基本概念(105)
5.1.2根轨迹与系统性能(107)
5.1.3闭环零、极点与开环零、极点之间的关系(108)
5.1.4根轨迹方程(110)
5.2根轨迹绘制的基本法则(111)
5.2.1绘制根轨迹的基本法则(111)
5.2.2闭环极点的确定(124)
5.3广义根轨迹(125)
5.3.1参数根轨迹(125)
5.3.2添加开环零点的作用(128)
5.3.3零度根轨迹(129)
5.4系统性能的分析和设计(134)
5.4.1闭环零、极点与时间响应的关系(134)
5.4.2系统性能的定性分析(137)
5.4.3控制系统的复域设计(138)
5.5本章小结(143)
5.6习题(144)
第6章系统的频率特性(146)
6.1频率特性(146)
6.1.1频率响应与频率特性(146)
6.1.2频率特性的求法(148)
6.1.3微分方程、频率特性、传递函数之间的关系(149)
6.1.4频率特性的特点和作用(150)
6.2频率特性的极坐标图(150)
6.2.1极坐标图(150)
6.2.2典型环节的Nyquist图(151)
6.2.3含有积分环节系统的Nyquist图(156)
6.2.4Nyquist图的一般形状(157)
6.2.5机电系统的Nyquist图(159)
6.3频率特性的对数坐标图(161)
6.3.1对数坐标图(161)
6.3.2典型环节的Bode图(162)
6.3.3典型环节Bode图的特点(170)
6.3.4绘制系统的Bode图的步骤(170)
6.3.5机电系统的Bode图(172)
6.4闭环频率特性及频域性能指标(175)
6.4.1闭环频率特性(175)
6.4.2频域性能指标(175)
6.5最小相位系统与非最小相位系统(176)
6.5.1最小相位系统与非最小相位系统的概念(177)
6.5.2产生非最小相位系统的环节(178)
6.6本章小结(179)
6.7习题(179)
第7章系统的稳定性(181)
7.1系统稳定性的概念及判别准则(181)
7.1.1稳定性的概念(181)
7.1.2判别系统稳定性的基本准则(182)
7.2Routh稳定判据(184)
7.2.1系统稳定的必要条件(184)
7.2.2系统稳定的充要条件(185)
7.3Nyquist稳定判据(189)
7.3.1Nyquist稳定判据简介(189)
7.3.2开环含有积分环节系统的稳定性分析(192)
7.3.3具有延时环节的系统的稳定性分析(196)
7.4Bode稳定判据(201)
7.4.1Nyquist图与Bode图的对应关系(201)
7.4.2正负穿越的概念(201)
7.4.3Bode稳定判据(202)
7.5系统的相对稳定性(204)
7.5.1相位裕度与幅值裕度(204)
7.5.2条件稳定系统(207)
7.6本章小结(210)
7.7习题(210)
第8章系统的性能校正(212)
8.1控制系统的性能指标及性能校正(212)
8.1.1控制系统的性能指标(212)
8.1.2性能校正的概念(213)
8.1.3性能校正的分类(213)
8.2串联校正(214)
8.2.1增益调整校正(214)
8.2.2相位超前校正(214)
8.2.3相位滞后校正(219)
8.2.4相位滞后―超前校正(224)
8.3PID校正(229)
8.3.1PID控制规律(229)
8.3.2PD调节器(230)
8.3.3PI调节器(232)
8.3.4PID调节器(233)
8.4反馈校正和顺馈校正(235)
8.4.1反馈校正(235)
8.4.2顺馈校正(237)
8.5本章小结(237)
8.6习题(238)
第9章离散控制系统的分析和校正(240)
9.1概述(240)
9.2信号的采样与保持(241)
9.2.1信号的采样(241)
9.2.2采样定理(243)
9.2.3保持器(245)
9.3Z变换与Z逆变换(245)
9.3.1Z变换的定义(245)
9.3.2Z变换的性质(248)
9.3.3Z逆变换(251)
9.4离散控制系统的数学模型(254)
9.4.1线性常系数差分方程(254)
9.4.2差分方程的解(255)
9.4.3脉冲传递函数(256)
9.5离散控制系统的性能分析(265)
9.5.1离散控制系统的稳定性分析(266)
9.5.2离散控制系统的稳态误差分析(271)
9.5.3离散控制系统的动态响应分析(272)
9.6离散控制系统的校正与设计(274)
9.6.1数字控制器D(z)的脉冲传递函数(274)
9.6.2最少拍系统的设计与校正(275)
9.7本章小结(281)
9.8习题(281)
0章机械工程控制系统的计算机仿真与辅助设计(283)
10.1MATLAB仿真软件简介(283)
10.1.1MATLAB系统构成(283)
10.1.2MATLAB桌面操作环境(284)
10.1.3MATLAB程序设计(287)
10.2机械工程控制系统时域特性仿真(289)
10.2.1桥式起重机坐标系统(289)
10.2.2桥式起重机线性化模型(290)
10.2.3桥式起重机货物摆动传递函数(290)
10.2.4桥式起重机货物摆动传递函数频率特性仿真(290)
10.2.5MATLAB源程序(292)
10.3机械工程控制系统频率特性仿真(293)
10.3.1桥式起重机机构运动传递函数(293)
10.3.2桥式起重机机构运动传递函数频率特性仿真(293)
10.3.3MATLAB源程序(294)
10.4机械工程控制系统根轨迹仿真(295)
10.4.1绘制根轨迹的相关MATLAB函数(295)
10.4.2电磁驱动水压伺服机构及其线性化模型(296)
10.4.3电磁驱动水压伺服机构的根轨迹仿真(297)
10.4.4磁盘驱动读取系统的根轨迹仿真(297)
10.4.5未来超音速喷气式客机的根轨迹仿真(298)
10.5机械工程控制系统稳定性仿真(300)
10.5.1集中供热系统的数学模型(300)
10.5.2典型PID控制器(301)
10.5.3基于Nyquist稳定判据设计PID控制器(302)
10.5.4集中供热系统的控制过程仿真(303)
10.5.5MATLAB源程序(304)
10.6机械工程控制系统性能校正仿真(305)
10.6.1热处理炉的数学模型(305)
10.6.2典型PID控制器(306)
10.6.3基于Nyquist稳定判据设计PI控制器(306)
10.6.4热处理炉的控制过程仿真(307)
10.6.5MATLAB源程序(308)
参考文献(310)