機械工程控制基礎

第1章緒論(1)
1.1概述(1)
1.2控制系統(tǒng)的分類(2)
1.2.1研究對象與任務(2)
1.2.2系統(tǒng)的分類(4)
1.2.3系統(tǒng)及其模型(6)
1.3控制系統(tǒng)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(tǒng)的組成(9)
1.3.4控制系統(tǒng)的基本要求(11)
1.4控制系統(tǒng)的示例(11)
1.5控制系統(tǒng)的分析與設計工具(12)
1.5.1MATLAB概述(12)
1.5.2控制系統(tǒng)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(tǒng)的數(shù)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(tǒng)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(tǒng)的傳遞函數(shù)(38)
2.3.1傳遞函數(shù)(39)
2.3.2傳遞函數(shù)的零點、極點和放大系數(shù)(40)
2.3.3系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型 (42)
2.3.4典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)(45)
2.4控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)方框圖及其簡化(52)
2.4.1傳遞函數(shù)方框圖的組成和繪制(52)
2.4.2傳遞函數(shù)方框圖的等效變換和簡化(58)
2.5考慮擾動的控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)(63)
2.5.1系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)(63)
2.5.2主令輸入xi(t)作用下系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)(64)
2.5.3干擾n(t)作用下系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)(64)
2.5.4系統(tǒng)的總輸出(65)
2.6基于MATLAB建立數(shù)學模型(65)
2.6.1基于MATLAB建立系統(tǒng)的傳遞模型(65)
2.6.2基于MATLAB建立系統(tǒng)的零極點增益模型(66)
2.6.3基于MATLAB建立系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)的時域分析(78)
3.3.1一階系統(tǒng)的數(shù)學模型(78)
3.3.2一階系統(tǒng)的單位階躍響應(79)
3.3.3一階系統(tǒng)的單位脈沖響應(80)
3.3.4一階系統(tǒng)的單位斜坡響應(81)
3.3.5一階系統(tǒng)的單位加速度響應(81)
3.4二階系統(tǒng)的時域分析(82)
3.4.1二階系統(tǒng)的數(shù)學模型(82)
3.4.2二階系統(tǒng)的單位階躍響應(83)
3.4.3二階系統(tǒng)的單位脈沖響應(88)
3.4.4二階系統(tǒng)的計算舉例(89)
3.5高階系統(tǒng)的時域分析(91)
3.5.1高階系統(tǒng)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(tǒng)誤差分析與計算(94)
3.6.1系統(tǒng)的誤差和偏差(94)
3.6.2系統(tǒng)的誤差計算(95)
3.6.3系統(tǒng)的類型(96)
3.6.4系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差和穩(wěn)態(tài)偏差(96)
3.7基于MATLAB的系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)Bode圖的步驟與實例(127)
4.4頻率特性的相關參數(shù)(130)
4.5最小相位系統(tǒng)和非最小相位系統(tǒng)(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(tǒng)的頻域指標(135)
本章小結(136)
習題(136)
第5章控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析(139)
5.1系統(tǒng)穩(wěn)定性概述(139)
5.1.1系統(tǒng)不穩(wěn)定現(xiàn)象(139)
5.1.2系統(tǒng)穩(wěn)定的定義和條件(140)
5.1.3系統(tǒng)穩(wěn)定性的擴展(142)
5.2勞斯穩(wěn)定判據(jù)(143)
5.2.1線性系統(tǒng)穩(wěn)定的必要條件(143)
5.2.2勞斯穩(wěn)定判據(jù)(144)
5.2.3勞斯判據(jù)的特殊情況(147)
5.2.4勞斯穩(wěn)定判據(jù)的應用(151)
5.3Nyquist穩(wěn)定判據(jù)(152)
5.3.1Nyquist穩(wěn)定判據(jù)數(shù)學基礎(152)
5.3.2Nyquist穩(wěn)定判據(jù)(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(jù)的相關說明及應用舉例(157)
5.4Bode穩(wěn)定判據(jù)(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(jù)(162)
5.4.4條件穩(wěn)定系統(tǒng)(162)
5.5系統(tǒng)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(jù)舉例(165)
5.5.4影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的主要因素(169)
5.6閉環(huán)系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)穩(wěn)定性分析(173)
5.7.1基于MATLAB求解系統(tǒng)的特征根(173)
5.7.2基于MATLAB求系統(tǒng)的頻域參數(shù)和判定相對穩(wěn)定性(174)
本章小結(175)
習題(175)
第6章系統(tǒng)的性能指標與校正(178)
6.1系統(tǒng)的設計與校正問題(178)
6.1.1系統(tǒng)的性能指標(178)
6.1.2系統(tǒng)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(lián)校正(186)
6.2.1頻率特性法校正設計(186)
6.2.2串聯(lián)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(diào)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(tǒng)校正(200)
本章小結(202)
習題(202)
第7章離散系統(tǒng)分析(205)
7.1離散控制系統(tǒng)概述(205)
7.1.1采樣控制系統(tǒng)與數(shù)字控制系統(tǒng)(205)
7.1.2A/D轉換器與D/A轉換器(206)
7.1.3離散控制系統(tǒng)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(tǒng)的數(shù)學模型——差分方程(212)
7.3.1線性常系數(shù)差分方程(213)
7.3.2差分方程的解法(214)
7.4離散控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)(215)
7.4.1脈沖傳遞函數(shù)的定義與求解(216)
7.4.2脈沖傳遞函數(shù)的建立(217)
7.5離散控制系統(tǒng)分析(221)
7.5.1離散控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析(221)
7.5.2離散控制系統(tǒng)動態(tài)性能分析(224)
7.5.3離散控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能分析(226)
7.6基于MATLAB的離散系統(tǒng)分析與校正(228)
7.6.1連續(xù)系統(tǒng)的離散化(229)
7.6.2離散系統(tǒng)的單位階躍響應(229)
7.6.3離散系統(tǒng)的頻域響應(230)
本章小結(231)
習題(232)
參考文獻(234)