編輯推薦

高等教材修訂版作品。難易適度，偏重應用。配有PPT課件等教學資源。

內容簡介

本書主要講述機械工程控製的基本原理和基本知識，內容包括：控製工程的發展史、控製工程的研究對象和任務、控製係統的組成和實例；拉普拉斯變換；係統數學模型的建立；係統的時域和頻域分析；根軌跡；係統穩定性分析；係統校正；綫性離散係統以及MATLAB在控製工程中的應用。

作者簡介

玄兆燕，教授,主要從事 自動控製方嚮教學與科研。主要作品有：《自己動手編製Visual FoxPro程序》中國水利水電齣版社，2002年1月；《機械工程控製基礎》 電子工業齣版社，2006年8月。

目錄

第1章 緒論 （1）
1．1 引言 （1）
1．1．1 控製工程發展史 （1）
1．1．2 機械控製工程的研究對象與任務 （2）
1．2 控製係統簡介 （3）
1．2．1 控製係統的分類 （3）
1．2．2 閉環控製係統的組成 （6）
1．2．3 對控製係統的基本要求 （7）
本章小結 （7）
習題1 （8）
第2章 拉普拉斯變換 （9）
2．1 復變量與復變函數 （10）
2．1．1 復變量 （10）
2．1．2 復變函數 （10）
2．1．3 歐拉公式 （10）
2．2 拉氏變換的概念 （11）
2．2．1 問題的提齣 （11）
2．2．2 拉氏變換的存在定理 （12）
2．3 拉氏變換的性質 （18）
2．3．1 綫性性質 （18）
2．3．2 微分性質 （19）
2．3．3 積分性質 （21）
2．3．4 位移性質 （22）
2．3．5 延遲性質 （22）
2．3．6 尺度變換 （23）
2．3．7 初值定理、終值定理 （24）
2．4 拉氏逆變換 （26）
2．5 捲積 （31）
2．5．1 捲積的概念 （31）
2．5．2 捲積定理 （32）
本章小結 （36）
習題2 （36）
第3章 係統的數學模型 （39）
3．1 係統的微分方程 （40）
3．1．1 建立微分方程的基本步驟 （40）
3．1．2 機械係統的微分方程 （41）
3．1．3 電氣係統的微分方程 （44）
3．1．4 機電係統的微分方程 （46）
3．1．5 係統的相似性 （49）
3．2 係統的傳遞函數 （50）
3．2．1 傳遞函數的基本概念 （50）
3．2．2 傳遞函數的零點、極點和放大係數 （51）
3．2．3 典型環節的傳遞函數 （52）
3．3 係統方框圖及其簡化 （64）
3．3．1 係統傳遞函數的方框圖錶示 （65）
3．3．2 傳遞函數方框圖的簡化 （70）
3．3．3 公式法化簡係統方框圖 （75）
3．4 信號流圖與梅森增益公式 （76）
3．4．1 信號流圖 （76）
3．4．2 梅森增益公式 （78）
3．5 輸入和乾擾同時作用下的係統傳遞函數 （80）
本章小結 （83）
習題3 （84）
第4章 時間響應分析 （89）
4．1 概述 （89）
4．1．1 時間響應及其組成 （90）
4．1．2 典型試驗信號 （90）
4．2 一階係統的時間響應 （92）
4．2．1 一階係統的單位脈衝響應 （92）
4．2．2 一階係統的單位階躍響應 （93）
4．2．3 單位脈衝響應和單位階躍響應的關係 （94）
4．3 二階係統的時間響應 （94）
4．3．1 二階係統標準形式 （94）
4．3．2 二階係統特徵方程的根與阻尼比的關係 （95）
4．3．3 二階係統的單位脈衝響應 （96）
4．3．4 二階係統的單位階躍響應 （98）
4．3．5 二階係統響應的性能指標 （101）
4．4 係統穩態誤差分析 （106）
4．4．1 係統誤差與偏差的關係 （106）
4．4．2 係統的穩態誤差 （107）
4．4．3 靜態誤差係數 （110）
本章小結 （112）
習題4 （113）
第5章 係統頻率響應分析 （115）
5．1 頻率特性概述 （115）
5．1．1 頻率特性的概念 （115）
5．1．2 頻率特性的特點和作用 （118）
5．2 頻率特性的極坐標圖（Nyquist圖） （120）
5．2．1 典型環節的Nyquist圖 （120）
5．2．2 Nyquist圖的一般繪製方法 （124）
5．3 頻率特性的對數坐標圖（Bode圖） （128）
5．3．1 概述 （128）
5．3．2 典型環節的Bode圖 （129）
5．3．3 Bode圖的一般繪製方法 （134）
5．4 閉環頻率特性 （140）
5．5 最小相位係統與非最小相位係統 （141）
5．6 根據頻率特性麯綫估計係統傳遞函數 （142）
5．6．1 確定放大倍數K （142）
5．6．2 各環節傳遞函數確定 （143）
本章小結 （145）
習題5 （145）
第6章 係統穩定性分析 （147）
6．1 係統穩定的概念和條件 （147）
6．1．1 係統穩定的基本概念 （147）
6．1．2 係統穩定性與特徵根的關係 （148）
6．1．3 係統穩定的充分必要條件 （149）
6．2 勞斯（Routh）穩定判據 （150）
6．2．1 係統穩定的必要條件 （150）
6．2．2 係統穩定的充要條件 （151）
6．2．3 勞斯判據的特殊情況 （153）
6．3 Nyquist穩定判據 （154）
6．3．1 米哈伊洛夫定理 （154）
6．3．2 Nyquist穩定判據的證明 （156）
6．3．3 開環含有積分環節的Nyquist圖 （158）
6．3．4 具有延時環節的係統穩定性分析 （160）
6．3．5 Nyquist穩定判據應用舉例 （161）
6．4 Bode穩定判據 （163）
6．5 係統的相對穩定性 （166）
6．5．1 相位裕度? （166）
6．5．2 幅值裕度Kg （167）
本章小結 （170）
習題6 （170）
第7章 係統校正 （172）
7．1 係統的性能指標 （173）
7．1．1 時域性能指標 （173）
7．1．2 頻域性能指標 （173）
7．2 係統校正 （177）
7．2．1 校正的概念 （177）
7．2．2 校正方式 （177）
7．3 串聯校正 （178）
7．3．1 增益校正 （178）
7．3．2 相位超前校正 （180）
7．3．3 相位滯後校正 （183）
7．3．4 相位滯後－超前校正 （187）
7．4 PID校正 （191）
7．4．1 PID控製規律及其實現 （191）
7．4．2 PID調節器的設計 （195）
7．5 反饋校正 （198）
本章小結 （203）
習題7 （203）
第8章 根軌跡法 （207）
8．1 根軌跡概述 （207）
8．2 繪製根軌跡的基本條件 （210）
8．2．1 繪製根軌跡的幅值條件 （210）
8．2．2 繪製根軌跡的相位條件 （211）
8．3 根軌跡的繪製 （211）
8．3．1 根軌跡的繪製準則 （211）
8．3．2 根軌跡的繪製實例 （213）
本章小結 （217）
習題8 （217）
第9章 綫性離散係統 （219）
9．1 計算機控製係統概述 （220）
9．1．1 計算機控製係統組成 （220）
9．1．2 信號的采樣與采樣定理 （222）
9．2 Z變換 （225）
9．2．1 Z變換的定義 （225）
9．2．2 Z變換的性質 （227）
9．2．3 Z反變換 （229）
9．3 綫性離散係統的數學模型 （232）
9．3．1 綫性離散係統的差分方程 （232）
9．3．2 脈衝傳遞函數 （235）
9．4 綫性離散係統的穩定性分析 （240）
9．4．1 綫性離散係統穩定的充分必要條件 （240）
9．4．2 綫性離散係統的穩定性判據 （242）
9．4．3 綫性離散係統的穩態誤差分析 （244）
9．5 綫性離散係統的校正與設計 （247）
9．5．1 對數頻率特性法校正 （247）
9．5．2 有限拍設計 （251）
9．5．3 數字PID控製 （256）
本章小結 （262）
習題9 （263）
第10章 MATLAB在控製工程中的應用 （266）
10．1 MATLAB簡介 （34）
10．2 用MATLAB進行瞬態響應分析 （267）
10．2．1 綫性係統的MATLAB錶示 （267）
10．2．2 係統單位階躍響應的求法 （268）
10．2．3 係統單位脈衝響應的求法 （268）
10．3 用MATLAB進行頻率響應分析 （269）
10．3．1 用MATLAB作Bode圖 （269）
10．3．2 用MATLAB作Nyquist圖 （271）
10．4 SIMULINK應用 （272）
10．4．1 SIMULINK概述 （272）
10．4．2 啓動SIMULINK工具包 （273）
10．4．3 用SIMULINK創建係統模型 （274）
10．4．4 用SIMULINK進行係統仿真 （277）
本章小結 （278）
附錄A 習題參考答案 （280）
參考文獻 （289）

前言/序言

前 言

隨著現代科學技術的發展，機械與控製已融為一體，控製工程在機械工程領域起著越來越重要的作用，機械控製工程作為機械工程類專業一門重要的專業基礎課，其內容需要不斷地更新調整和擴充新的知識。本書的主要內容包括：緒論；拉普拉斯變換；係統的數學模型；時間響應分析；係統頻率響應分析；係統穩定性分析；係統校正；根軌跡法；綫性離散係統；MATLAB在控製工程中的應用等內容。針對目前本科生的具體情況，試圖將教材內容從深度的擴展轉嚮廣度的擴展。

機械控製工程理論不僅僅是一門很重要的學科，同時它的形成、發展以及對該理論的論述過程本身也體現瞭科學的方法論。為瞭培養學生客觀、理性和實證的科學精神，本書作為機械工程類專業技術基礎課教材，強調基本概念和基本方法，注重一些方法論述的邏輯性和嚴謹性，同時在論述過程中根據工科學生的具體情況盡量避免高深的數學論證，緊密結閤控製與機械工程實際，用機械與電氣實例解釋說明一些基本理論和基本方法，以使其能很好地在數理知識和專業知識之間起到橋梁的作用。

本書主要介紹經典控製理論的基本內容，重點是其中的綫性控製理論及其在控製係統分析中的應用，以及在機械動力係統動態性能分析中的應用。本書的編寫試圖從控製理論的發展史入手，介紹控製理論的基本概念和基本知識；其次闡述時間函數的拉普拉斯變換，在此基礎上介紹係統的數學模型並導齣傳遞函數的模型；然後是一階、二階係統的時間響應分析和頻域分析，係統穩定性分析及係統的校正（包括PID校正），根軌跡，考慮目前計算機技術廣泛應用於控製係統中，本書介紹瞭綫性離散係統的相關內容；最後介紹瞭MATLAB在控製工程中的應用。

本書由華北理工大學玄兆燕主編，西南科技大學硃洪俊、天津理工大學楊秀萍為副主編，華北理工大學吳麗娟、馮茜參編。本書由天津理工大學王收軍主審。編者分工為：第1章、第8章、第10章由玄兆燕執筆；第2章、第3章、第7章由硃洪俊執筆；第4章、第6章由楊秀萍執筆；第5章由吳麗娟執筆；第9章由馮茜執筆，馮茜還負責多媒體課件製作，最後由玄兆燕定稿。

感謝天津理工大學王收軍老師，在審稿過程中提齣瞭許多寶貴的意見；同時感謝華北理工大學的楊文生老師對本教材提齣的寶貴的編寫建議。

限於編者的水平，書中難免會齣現缺點和不足，希望讀者提齣批評建議，我們衷心地錶示感謝！

編 者

2016年4月於華北理工大學