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叢書名：高等院校應用型本科智能制造領域“十三五”規(guī)劃教材專業(yè)基礎課
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- 作者：代春香，李敏，郭麗紅 著
- 出版時間：2018/9/1
- ISBN：9787568044547
- 出 版 社：華中科技大學出版社
- 中圖法分類：TH-39
- 頁碼：
- 紙張：膠版紙
- 版次：
- 開本：16開
本書是根據本科機械專業(yè)人才培養(yǎng)目標，總結近年來的教學改革與實踐，參考經典控制理論資料編寫而成的。內容包括機械工程控制的基本概念、系統的數學模型、時間響應分析、頻率特性分析、系統的穩(wěn)定性分析、系統的性能指標與校正、離散系統分析等，并配例題講解、MATLAB運用于系統的分析解題示例及習題，可以更好地幫助讀者理解相關內容。本書可供本科院校的機械工程類專業(yè)，特別是機械設計制造、自動化、機電類專業(yè)等作為教材使用，也可供相關工程技術人員參考。
本書是為本科院校的機械工程類專業(yè)的機械工程控制基礎自動控制理論等課程編寫的教材。書中介紹了控制系統的基本概念和有關的名詞術語，并詳細介紹了控制系統的組成、工作原理以及分析方法。在各知識點后，通過例題講解了其在實際系統中的分析運用，以幫助學生更容易理解相關知識點。本書除了進行數值解的相關計算，還通過MATLAB軟件進行了數值解驗證和圖形的繪制等，便于加強數理基礎與專業(yè)知識間的聯合運用。本書有如下特點：(1) 在每章內容編排上，由基本到簡單組合再到綜合，循序漸進，由淺入深，既照顧了大多數讀者，又照顧了學有余力、想進一步學習深造的讀者；同時也便于教師根據教學要求和學時取舍內容。(2) 篇幅緊湊，內容精簡,以課程基本要求為主，對基本概念、原理的敘述簡明準確，便于掌握；不過分追求理論體系的嚴謹，例如簡化公式推導，貫徹以應用為目的的原則等。(3) 例題和習題盡量選取生活和工程實際中常見的、易理解的題目，有利于學生解題能力的培養(yǎng)。例題的分析和解題過程敘述詳盡，思路清晰。本書由四川大學錦城學院代春香、武昌工學院李敏和四川大學錦城學院郭麗紅擔任主編，由武漢華夏理工學院葉仁虎和華南理工大學廣州學院王蕊擔任副主編。全書共7章，其中郭麗紅編寫第1章，葉仁虎編寫第2章，王蕊編寫第3章，李敏編寫第4章和第7章，代春香編寫第5章和第6章。全書由代春香、李敏、郭麗紅進行統稿。本書在編寫過程中，得到了有關領導和同事們的大力支持，引用了部分同類教材中的資料、圖表和例題，在此表示衷心感謝。因編者水平有限，書中難免存在疏漏和不妥之處，懇切希望廣大讀者批評指正。
第1章緒論(1)
1.1概述(1)
1.2控制系統的分類(2)
1.2.1研究對象與任務(2)
1.2.2系統的分類(4)
1.2.3系統及其模型(6)
1.3控制系統的基本原理(8)
1.3.1自動控制理論(8)
1.3.2反饋控制理論(9)
1.3.3反饋控制系統的組成(9)
1.3.4控制系統的基本要求(11)
1.4控制系統的示例(11)
1.5控制系統的分析與設計工具(12)
1.5.1MATLAB概述(12)
1.5.2控制系統工具箱(12)
1.5.3MATLAB輔助分析與設計(13)
本章小結(17)
習題(17)
第2章控制系統的數學模型(18)
2.1傅里葉變換與拉普拉斯變換(18)
2.1.1傅里葉變換(18)
2.1.2拉普拉斯變換(20)
2.2控制系統的微分方程(31)
2.2.1概述(31)
2.2.2列寫微分方程的一般方法(32)
2.2.3非線性微分方程的線性化(35)
2.2.4相似原理(37)
2.3控制系統的傳遞函數(38)
2.3.1傳遞函數(39)
2.3.2傳遞函數的零點、極點和放大系數(40)
2.3.3系統的狀態(tài)空間模型 (42)
2.3.4典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(45)
2.4控制系統的傳遞函數方框圖及其簡化(52)
2.4.1傳遞函數方框圖的組成和繪制(52)
2.4.2傳遞函數方框圖的等效變換和簡化(58)
2.5考慮擾動的控制系統的傳遞函數(63)
2.5.1系統開環(huán)傳遞函數(63)
2.5.2主令輸入xi(t)作用下系統的閉環(huán)傳遞函數(64)
2.5.3干擾n(t)作用下系統的閉環(huán)傳遞函數(64)
2.5.4系統的總輸出(65)
2.6基于MATLAB建立數學模型(65)
2.6.1基于MATLAB建立系統的傳遞模型(65)
2.6.2基于MATLAB建立系統的零極點增益模型(66)
2.6.3基于MATLAB建立系統的狀態(tài)空間模型(67)
本章小結(68)
習題(68)
目錄機械工程控制基礎第3章控制系統的時間響應分析(73)
3.1時間響應及其組成(73)
3.1.1時間響應(73)
3.1.2時間響應的組成(73)
3.2系統的時域性能指標(74)
3.2.1典型輸入信號(74)
3.2.2動態(tài)過程和穩(wěn)態(tài)過程(77)
3.2.3動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能(77)
3.3一階系統的時域分析(78)
3.3.1一階系統的數學模型(78)
3.3.2一階系統的單位階躍響應(79)
3.3.3一階系統的單位脈沖響應(80)
3.3.4一階系統的單位斜坡響應(81)
3.3.5一階系統的單位加速度響應(81)
3.4二階系統的時域分析(82)
3.4.1二階系統的數學模型(82)
3.4.2二階系統的單位階躍響應(83)
3.4.3二階系統的單位脈沖響應(88)
3.4.4二階系統的計算舉例(89)
3.5高階系統的時域分析(91)
3.5.1高階系統的單位階躍響應(92)
3.5.2閉環(huán)主導極點及其動態(tài)性能分析(93)
3.6系統誤差分析與計算(94)
3.6.1系統的誤差和偏差(94)
3.6.2系統的誤差計算(95)
3.6.3系統的類型(96)
3.6.4系統的穩(wěn)態(tài)誤差和穩(wěn)態(tài)偏差(96)
3.7基于MATLAB的系統時間響應分析(101)
3.7.1基于MATLAB的時間響應(101)
3.7.2基于MATLAB的瞬態(tài)性能指標(105)
本章小結(107)
習題(108)
第4章控制系統的頻率特性分析(112)
4.1頻率特性概述(112)
4.1.1頻率特性的基本概念(112)
4.1.2頻率特性的求法及幾何表示(113)
4.1.3頻率特性的特點和作用(115)
4.1.4頻率特性的圖示方法(116)
4.2頻率特性的Nyquist圖(117)
4.2.1Nyquist圖及其一般物理意義(117)
4.2.2Nyquist圖的一般形狀(118)
4.3頻率特性的Bode圖(122)
4.3.1Bode圖概述(122)
4.3.2典型環(huán)節(jié)的Bode圖繪制(122)
4.3.3繪制系統Bode圖的步驟與實例(127)
4.4頻率特性的相關參數(130)
4.5最小相位系統和非最小相位系統(131)
4.6基于MATLAB的頻率特性分析(132)
4.6.1基于MATLAB繪制Nyquist圖(132)
4.6.2基于MATLAB繪制Bode圖(133)
4.6.3基于MATLAB求系統的頻域指標(135)
本章小結(136)
習題(136)
第5章控制系統的穩(wěn)定性分析(139)
5.1系統穩(wěn)定性概述(139)
5.1.1系統不穩(wěn)定現象(139)
5.1.2系統穩(wěn)定的定義和條件(140)
5.1.3系統穩(wěn)定性的擴展(142)
5.2勞斯穩(wěn)定判據(143)
5.2.1線性系統穩(wěn)定的必要條件(143)
5.2.2勞斯穩(wěn)定判據(144)
5.2.3勞斯判據的特殊情況(147)
5.2.4勞斯穩(wěn)定判據的應用(151)
5.3Nyquist穩(wěn)定判據(152)
5.3.1Nyquist穩(wěn)定判據數學基礎(152)
5.3.2Nyquist穩(wěn)定判據(154)
5.3.3開環(huán)含有特殊環(huán)節(jié)時的Nyquist分析(156)
5.3.4Nyquist判據的相關說明及應用舉例(157)
5.4Bode穩(wěn)定判據(160)
5.4.1Bode圖和Nyquist圖的對應分析(160)
5.4.2穿越的概念(161)
5.4.3Bode判據(162)
5.4.4條件穩(wěn)定系統(162)
5.5系統的相對穩(wěn)定性(163)
5.5.1相位裕度(163)
5.5.2幅值裕度(164)
5.5.3Bode穩(wěn)定判據舉例(165)
5.5.4影響系統穩(wěn)定性的主要因素(169)
5.6閉環(huán)系統的頻域性能指標(169)
5.6.1由開環(huán)頻率特性估計閉環(huán)頻率特性(169)
5.6.2閉環(huán)系統的頻域性能指標(170)
5.6.3時域指標與頻域指標的關系(171)
5.7基于MATLAB的系統穩(wěn)定性分析(173)
5.7.1基于MATLAB求解系統的特征根(173)
5.7.2基于MATLAB求系統的頻域參數和判定相對穩(wěn)定性(174)
本章小結(175)
習題(175)
第6章系統的性能指標與校正(178)
6.1系統的設計與校正問題(178)
6.1.1系統的性能指標(178)
6.1.2系統帶寬的確定(180)
6.1.3校正的概念及分類(181)
6.1.4基本控制規(guī)律(183)
6.2串聯校正(186)
6.2.1頻率特性法校正設計(186)
6.2.2串聯超前校正(186)
6.2.3相位滯后校正(190)
6.2.4相位滯后超前校正(193)
6.3PID校正(196)
6.3.1PID 控制規(guī)律(196)
6.3.2PID 調節(jié)器設計(197)
6.4反饋校正(198)
6.4.1位置反饋校正(198)
6.4.2速度反饋校正(199)
6.5基于MATLAB設計系統校正(200)
本章小結(202)
習題(202)
第7章離散系統分析(205)
7.1離散控制系統概述(205)
7.1.1采樣控制系統與數字控制系統(205)
7.1.2A/D轉換器與D/A轉換器(206)
7.1.3離散控制系統的特點(208)
7.2信號的采樣與采樣定理(208)
7.2.1信號采樣(208)
7.2.2采樣定理(209)
7.2.3采樣的保持(211)
7.3離散控制系統的數學模型差分方程(212)
7.3.1線性常系數差分方程(213)
7.3.2差分方程的解法(214)
7.4離散控制系統的傳遞函數(215)
7.4.1脈沖傳遞函數的定義與求解(216)
7.4.2脈沖傳遞函數的建立(217)
7.5離散控制系統分析(221)
7.5.1離散控制系統穩(wěn)定性分析(221)
7.5.2離散控制系統動態(tài)性能分析(224)
7.5.3離散控制系統穩(wěn)態(tài)性能分析(226)
7.6基于MATLAB的離散系統分析與校正(228)
7.6.1連續(xù)系統的離散化(229)
7.6.2離散系統的單位階躍響應(229)
7.6.3離散系統的頻域響應(230)
本章小結(231)
習題(232)
參考文獻(234)
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