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| 內容簡介： |
本书内容包括机械工程控制的基本概念、系统的数学模型、时域分析、频域分析、系统的稳定性分析、系统的校正等。
本书着重阐述了经典控制理论，特别是其中的时域法和频域法，并基于时域法和频域法进行了系统的分析。同时，考虑到系统数学模型的重要性，在控制系统的数学模型一章对控制系统的建模过程进行了重点分析。
本书力求在讲清机械工程控制基本概念的前提下，更多地结合机械工程实际，为帮助读者学习与应用控制理论来解决机械工程的实际问题奠定必要的基础。
本书可以作为机械类、机电类、轻工机械类等专业本科生的教材，也可作为其他学科本科生专业课的教材。此外，本书亦可供从事机械类相关工作的科技人员自学与参考。
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| 目錄：
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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Fs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
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| 內容試閱：
|
本书是为高等院校的机械工程类专业，特别是机械制造工程类及机电类专业的机械控制工程基础课程编写的教材。
随着20世纪控制技术的巨大进步，控制理论不断地得到完善，将控制理论应用于机械工程的重要性日益明显，促使了机械工程控制论这门学科的产生与发展。本书作为一门技术基础课的教材，力求在阐明机械工程控制论的基本概念、基本知识与方法的基础上，紧密结合机械工程实际，特别是结合机械制造工程实际，以便沟通与加强数理基础与专业知识之间的内在联系。
本书特点是着重阐述了经典控制理论，特别是其中的时域法和频域法，并基于时域法和频域法进行了系统的分析。同时，考虑到系统数学模型的重要性，在控制系统的数学模型一章对控制系统的建模过程进行了重点分析。本书不包括数学基础部分（例如积分变换），因为这部分数学基础已见诸其他相关教材。本书的教学时数为40～60学时。
本书是根据机械与自动化学科的发展趋势，参考国内外同类教材改革的经验与动向，结合我们近年来的教学探索、研究与实践，在原讲义的基础上编写而成的。我们对原讲义的体系、内容和论述方法做了很多变动和修改。
本书由刘国华、尚志武、耿冬寒和王天琪集体讨论，分工执笔编写而成。其中：第三、四、五章由刘国华执笔；第一、二章由耿冬寒执笔；第六章由尚志武执笔；第七章由王天琪执笔，该章中的Matlab程序也由王天琪编写。全书由刘国华统编。在本书的编写过程中，李涛、卓金尧、李金鑫等几位研究生也参与了资料整理工作，在此一并表示感谢。
由于编者水平有限，书中难免存在不当之处，敬请读者批评指正！
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