机械工程控制基础

第一章 绪论 1
1.1引言 1
1.1.1 自动控制理论的形成与发展 1
1.1.2 机械工程控制论的研究对象与任务 2
1.2机械工程控制系统的工作原理和基本组成2
1.2.1 反馈与反馈控制 2
1.2.2 机械工程自动控制系统的基本原理 3
1.2.3 机械工程自动控制系统的基本组成 5
1.3自动控制系统的分类 6
1.4自动控制系统的基本要求 8
1.5本课程的特点和学习方法 8
习题 9
第二章 控制系统的数学模型 10
2.1系统的微分方程 10
2.1.1 系统微分方程的建立 10
2.1.2 非线性数学模型的线性化 13
2.2拉普拉斯变换与反变换 14
2.2.1 拉普拉斯变换的定义 14
2.2.2 拉普拉斯变换的基本性质 15
2.2.3 拉普拉斯反变换 17
2.3系统的传递函数 18
2.3.1 传递函数的定义与基本特点 18
2.3.2 典型环节的传递函数 19
2.4控制系统的方框图及其等效变换24
2.4.1 系统方框图的组成 24
2.4.2 系统方框图的绘制 25
2.4.3 系统方框图的等效变换 26
2.5信号流图与梅逊公式 29
2.5.1 信号流图的概念 29
2.5.2 梅逊公式 29
习题 30
第三章 线性系统的时域分析 33
3.1概述 33
3.1.1 时域分析法 33
3.1.2 时间响应 33
3.1.3 典型输入信号 34
3.2时间响应及其组成 35
3.3一阶系统的时间响应 37
3.3.1 一阶系统的单位阶跃响应 38
3.3.2 一阶系统的单位斜坡响应 39
3.3.3 一阶系统的单位脉冲响应 39
3.4二阶系统的时间响应 40
3.4.1 二阶系统的数学模型 41
3.4.2 二阶系统的单位阶跃响应 42
3.5二阶系统的性能指标分析 46
3.5.1 瞬态响应指标分析 46
3.5.2 二阶系统时域指标与频域指标的关系 53
3.6利用Matlab分析控制系统的特点及性能54
习题 55
第四章 线性系统的频域分析 57
4.1概述 57
4.1.1 频率响应和频率特性 57
4.1.2 频率特性的求法 59
4.1.3 频率特性的性质 61
4.1.4 频率特性的表示法 61
4.2频率特性的极坐标图 62
4.2.1 典型环节的极坐标图 62
4.2.2 Nyquist图的一般绘制方法 68
4.3频率特性的伯德图(Bode图)71
4.3.1 概述 71
4.3.2 典型环节的Bode图 72
4.3.3 Bode图的绘制方法 78
4.4频率特性的实验测定法 81
4.4.1 频率特性的实验分析方法 81
4.4.2 由Bode图确定(估算)系统的频率特性 81
4.5最小和非最小相位系统 83
4.6利用Matlab绘制频率特性图84
4.6.1 Nyquist图的一般描述 85
4.6.2 Bode图的一般描述 85
习题 86
第五章 线性系统的稳定性分析 88
5.1控制系统稳定性的基本概念88
5.1.1 稳定性的定义 88
5.1.2 判别线性系统稳定性的充要条件 88
5.1.3 稳定性的一些提法 90
5.2劳斯（Routh）稳定判据90
5.2.1 劳斯稳定判据的必要条件 91
5.2.2 劳斯稳定判据的充要条件 92
5.2.3 劳斯稳定判据的特殊情况 93
5.2.4 劳斯稳定判据的应用 94
5.3奈奎斯特（Nyquist）稳定判据95
5.3.1 函数F(s)与开环、闭环的传递函数零点和极点的关系 96
5.3.2 幅角原理 97
5.3.3 奈奎斯特稳定判据 97
5.3.4 奈奎斯特稳定判据应用举例 99
5.3.5 奈奎斯特稳定判据的几点说明 101
5.4对数判据（Bode判据）102
5.5控制系统的相对稳定性 105
5.5.1 相位裕量 106
5.5.2 幅值裕量 107
5.5.3 关于相位裕量和幅值裕量的说明 107
5.5.4 影响系统稳定性的主要因素 107
5.6利用Matlab分析系统稳定性110
5.6.1 代数法判别系统稳定性 110
5.6.2 奈奎斯特图法判断系统稳定性 110
5.6.3 伯德图法判断系统稳定性 111
习题 112
第六章 线性系统的校正方法 114
6.1系统的设计与校正问题 114
6.1.1 性能指标 114
6.1.2 系统的校正方式 116
6.1.3 基本控制规律 117
6.2常用校正装置及其特性 122
6.2.1 无源校正装置（阻容元件） 122
6.2.2 有源校正装置 127
6.3串联校正 127
6.3.1 串联超前校正 128
6.3.2 串联滞后校正 129
6.3.3 串联滞后超前校正 131
6.4反馈校正 132
习题 133
第七章 直线一级倒立摆控制系统分析 135
7.1倒立摆控制系统 135
7.1.1 倒立摆控制系统简介 135
7.1.2 牛顿力学方法的推导 136
7.1.3 倒立摆系统模型 138
7.2直线一级倒立摆频率响应仿真138
7.3直线一级倒立摆PID控制实验140
7.3.1 PID控制分析 140
7.3.2 直线一级倒立摆Simulink仿真 141
7.3.3 PID控制参数设定及仿真 146
习题 149
参考文献 150