本書講述了經典控制理論的基本原理及其在機械工程領域中的應用。全書共8章，主要介紹了自動控制的基本概念、控制系統在時域和頻域中數學模型的建立，分析了單輸入單輸出線性定常系統的瞬態(tài)特性、穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)特性，闡述了線性控制系統的時域分析法、頻域分析法、根軌跡法及設計校正方法。 本書簡化或略去了較深奧的嚴格數學推導內容，引入了較多的例題，便于教學和自學。 除第1章外，其余各章均介紹了利用MATLAB進行相關分析的示例。 為使讀者對經典控制理論的應用有一個完整的了解，本書系統并循序漸進地結合各章內容介紹了機床工作臺位置自動控制系統和磁盤驅動器讀入系統兩個設計示例。
本書可作為普通高等院校機械工程及自動化、機械電子工程、機械設計制造及其自動化等專業(yè)的教材，也可供相關工程技術人員參考。
前言
第1章緒論1
11控制理論的發(fā)展歷史1
12自動控制系統的基本原理3
121自動控制系統的基本概念3
122反饋控制系統的基本組成4
123自動控制系統的基本控制方式5
124自動控制系統的分類6
125自動控制系統的基本要求8
13控制理論在工程中的應用舉例8
131瓦特的飛球離心調速系統8
132工作臺位置自動控制系統9
133磁盤驅動器讀入系統11
134機器人位置與力控制系統12
14自動控制系統的分析與設計工具14
15本課程的特點和學時安排15
習題16
第2章控制系統的動態(tài)數學模型18
21數學模型的概念18
22控制系統的微分方程19
221建立控制系統微分方程的基本步驟19
222機械系統的微分方程20
223電路系統的微分方程22
224機電系統的微分方程23
225非線性微分方程的線性化24
23拉普拉斯變換和反變換26
231拉普拉斯變換的定義26
232典型函數的拉普拉斯變換27
233拉普拉斯變換的性質28
234拉普拉斯反變換及其計算方法33
235借助拉普拉斯變換解常系數線性微分方程36
24傳遞函數和典型環(huán)節(jié)的傳遞函數37
241傳遞函數的概念37
242特征方程、零點和極點38
243傳遞函數的求法39
244典型環(huán)節(jié)的傳遞函數40
25系統框圖及其簡化45
251系統框圖的組成45
252環(huán)節(jié)連接方式及運算法則46
253系統框圖的變化法則與簡化47
254利用框圖簡化求系統傳遞函數49
255信號流圖與梅遜公式52
26控制系統的傳遞函數55
27控制系統數學模型的MATLAB描述57
271傳遞函數的MATLAB描述57
272環(huán)節(jié)連接方式及系統框圖簡化的MATLAB描述60
28系列工程問題舉例63
281工作臺位置自動控制系統數學建模63
282磁盤驅動器讀入系統數學建模66
習題68
第3章時域瞬態(tài)響應分析72
31時域響應及典型輸入信號72
32一階系統的瞬態(tài)響應74
321一階系統的單位階躍響應74
322一階系統的單位斜坡響應75
323一階系統的單位脈沖響應76
324一階系統的單位加速度響應76
33二階系統的瞬態(tài)響應77
331二階系統的單位階躍響應79
332二階系統的單位脈沖響應81
333二階系統的單位斜坡響應82
34二階系統瞬態(tài)響應的性能指標84
35高階系統的瞬態(tài)響應89
36MATLAB在時間響應分析中的應用92
361基于MATLAB工具箱的時域分析92
362系統框圖輸入與仿真工具Simulink94
37系列工程問題舉例100
371工作臺位置自動控制系統的時域響應分析100
372磁盤驅動器讀入系統的時域響應分析101
習題103
第4章控制系統的頻率特性分析106
41頻率特性106
411頻率特性概述106
412頻率特性的特點與作用110
413頻率特性的求取方法111
42極坐標圖113
421極坐標圖概述113
422典型環(huán)節(jié)的極坐標圖113
423一般系統極坐標圖的作圖方法117
424極坐標圖的一般形狀119
43對數坐標圖120
431典型環(huán)節(jié)頻率特性的對數坐標圖121
432一般系統對數坐標圖的作圖方法126
433最小相位系統129
44由頻率特性曲線求系統傳遞函數131
45控制系統的閉環(huán)頻率性能指標134
451開環(huán)頻率特性與閉環(huán)頻率特性的關系134
452閉環(huán)頻率性能指標135
46利用MATLAB繪制頻率特性曲線136
461奈奎斯特曲線的繪制136
462伯德圖的繪制138
47系列工程問題舉例141
471工作臺位置自動控制系統的頻域分析141
472磁盤驅動器讀入系統的頻域分析141
習題145
第5章控制系統的穩(wěn)定性分析149
51系統穩(wěn)定性的基本概念及充分必要條件149
511系統穩(wěn)定性的基本概念149
512系統穩(wěn)定的充分必要條件150
52代數穩(wěn)定判據151
521勞斯穩(wěn)定判據151
522赫爾維茨穩(wěn)定判據158
53奈奎斯特穩(wěn)定判據159
531輻角定理160
532輔助函數162
533奈奎斯特穩(wěn)定判據164
534奈奎斯特穩(wěn)定判據的應用舉例166
54伯德判據169
55控制系統的相對穩(wěn)定性171
56利用MATLAB分析系統穩(wěn)定性174
57系列工程問題舉例178
571工作臺位置自動控制系統穩(wěn)定性分析178
572磁盤驅動器讀入系統穩(wěn)定性分析179
習題181
第6章控制系統的誤差分析185
61穩(wěn)態(tài)誤差的基本概念185
62由輸入信號引起的穩(wěn)態(tài)誤差186
621穩(wěn)態(tài)誤差計算186
622靜態(tài)誤差系數188
63干擾引起的穩(wěn)態(tài)誤差191
64減小系統誤差的途徑194
65利用MATLAB計算系統的穩(wěn)態(tài)誤差194
66系列工程問題舉例195
661工作臺位置自動控制系統誤差分析195
662磁盤驅動器讀入系統誤差分析196
習題198
第7章控制系統的綜合與校正200
71系統的性能指標200
711時域性能指標200
712頻域性能指標200
713開環(huán)頻率特性的三個頻段200
714閉環(huán)頻域指標與時域指標的關系203
72系統校正概述205
73串聯校正207
731相位超前校正207
732相位滯后校正210
733相位滯后超前校正212
74采用對數坐標圖進行串聯校正網絡的設計213
741相位超前校正網絡設計213
742相位滯后校正網絡設計215
743相位滯后超前校正環(huán)節(jié)設計217
75并聯校正219
751反饋校正219
752前饋校正222
76PID控制222
77利用MATLAB進行系統校正設計225
78系列工程問題舉例229
781工作臺位置自動控制系統校正設計229
782磁盤驅動器讀入系統校正設計233
習題235
第8章根軌跡法237
81根軌跡與系統特性237
82根軌跡的幅值條件和相角條件238
83繪制根軌跡的基本規(guī)則239
84應用MATLAB繪制根軌跡245
85系列工程問題舉例250
851工作臺位置自動控制系統的根軌跡分析250
852磁盤驅動器讀入系統的參數根軌跡分析251
習題253
附錄拉普拉斯變換表254
參考文獻257
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