《控制工程基础与应用》以应用型本科教育为背景,力图以简明扼要的语言论述自动控制理论的基本概念、基本理论、分析与设计方法。全书共7章,分别讲述控制理论的发展与基本概念;线性控制系统的数学模型;控制系统的时域分析方法;控制系统的频域分析方法;控制系统的根轨迹分析方法;控制系统的设计与校正方法;控制工程的应用案例。
《控制工程基础与应用》适合作为机械工程、机械设计制造及其自动化、机械电子工程等非电类相关专业的本科生教材,亦可供有关工程技术人员参考。

第1章 绪论
1.1 控制工程的发展历史
1.2 控制系统的概念和基本原理
1.2.1 控制系统的基本概念
1.2.2 开环控制和闭环控制
1.2.3 闭环控制系统的组成
1.3 控制系统的基本类型
1.3.1 按输入量的特征分类
1.3.2 按系统中传递信号的性质分类
1.4 对控制系统的基本要求
习题

第2章 数学模型
2.1 系统的运动微分方程
2.1.1 列写系统微分方程的一般步骤
2.1.2 控制系统常见元件的物理定律
2.2 拉氏变换和反变换
2.2.1 拉氏变换的定义
2.2.2 几种典型函数的拉氏变换
2.2.3 拉氏变换的主要定理
2.2.4 拉氏反变换
2.2.5 部分分式展开法
2.3 传递函数
2.3.1 传递函数的概念和定义
2.3.2 特征方程、零点和极点
2.3.3 关于传递函数的几点说明
2.3.4 典型环节及其传递函数
2.4 系统框图和信号流图
2.4.1 系统框图
2.4.2 系统框图的简化
2.4.3 系统信号流图和梅逊公式
2.4.4 控制系统的传递函数
2.5 非线性数学模型的线性化
2.5.1 线性化问题的提出
2.5.2 非线性数学模型的线性化
2.5.3 系统线性化微分方程的建立
2.6 控制系统传递函数推导举例
2.6.1 机械系统
2.6.2 液压系统
2.6.3 液位系统
2.6.4 机电系统
习题

第3章 时域响应分析
3.1 时域响应以及典型输入信号
3.1.1 阶跃函数
3.1.2 斜坡函数
3.1.3 加速度函数
3.1.4 脉冲信号
3.1.5 正弦函数
3.2 一阶系统的时域响应
3.2.1 一阶惯性环节的单位阶跃响应
3.2.2 一阶惯性环节的单位速度响应
3.2.3 一阶惯性环节的单位脉冲响应
3.2.4 线性定常系统时间响应的性质
3.3 二阶系统的时域响应
3.3.1 二阶系统的单位阶跃响应
3.3.2 二阶系统的性能指标
3.4 误差分析与计算
3.4.1 稳态误差的基本概念
3.4.2 稳态误差的计算
3.4.3 稳态误差系数
3.5 稳定性分析
3.5.1 稳定的概念
3.5.2 系统稳定的充要条件
3.6 稳定性判据
习题

第4章 频域响应分析
4.1 频率特性的概念及其基本实验方法
4.1.1 频率特性的概念
4.1.2 频率特性的实验求取
4.2 极坐标图
4.2.1 极坐标图
4.2.2 典型环节的极坐标图
4.2 _3 系统极坐标图的一般画法
4.3 对数幅相频特性图
4.3.1 对数坐标图
4.3.2 典型环节的伯德图
4.3.3 伯德图的一般画法
4.3.4 *小相位系统
4.4 由频率特性曲线求系统传递函数
4.5 由单位脉冲响应求系统的频率特性
4.6 对数幅相特性图
4.7 控制系统的闭环频响
4.7.1 由开环频率特性估计闭环频率特性
4.7.2 系统频域指标
4.8 奈奎斯特稳定性判据
4.9 应用奈奎斯特稳定性判据分析延时系统的稳定性
4.10 由伯德图判断系统的稳定性
4.11 控制系统的相对稳定性
4.12 机械系统动刚度的应用
4.13 借助MATLAB进行控制系统的频域响应分析
4.13.1 频率响应的计算方法
4.13.2 频率响应曲线的绘制
习题

第5章 根轨迹法
5.1 引言
5.1.1 基本概念
5.1.2 根轨迹方程
5.2 根轨迹的绘制
5.2.1 基本法则
5.2.2 举例
5.3 根轨迹的性能分析
5.4 MATLAB根轨迹应用举例
习题

第6章 系统校正与PID控制
6.1 引言
6.1.1 系统校正的基本概念
6.1.2 控制系统的性能指标
6.1.3 校正的方式
6.1.4 控制系统理想伯德图
6.2 串联校正
6.2.1 串联超前校正网络
6.2.2 串联滞后校正网络
6.2.3 串联滞后一超前校正网络
6.2.4 串联超前、串联滞后和串联滞后一超前校正的比较
6.3 反馈校正
6.4 PID校正
6.4.1 P控制——比例控制器
6.4.2 PD控制——比例一微分控制器
6.4.3 I控制——积分控制器
6.4.4 PI控制——比例一积分控制器
6.4.5 PID控制——比例一积分一微分控制器
6.5 MATLAB在校正中的应用
6.5.1 串联超前校正
6.5.2 串联滞后校正
习题

第7章 控制工程应用实例
7.1 控制系统的设计方法
7.2 单级倒立摆的建模与控制
7.2.1 倒立摆的结构与工作原理
7.2.2 系统的数学模型
7.2.3 系统线性化
7.2.4 倒立摆的PlD控制器设计
7.2.5 MATLAB系统仿真
7.3 张力控制器的设计与应用
7.3.1 控制系统的数学模型
7.3.2 控制系统的实现方案
7.3.3 控制系统的编程组态
7.4 纠偏系统的设计与应用
7.4.1 缠绕偏移分析
7.4.2 纠偏装置结构设计
7.4.3 纠偏控制系统设计
7.4.4 增量式PID控制算法
习题
附录一 常用函数的拉氏变换
附录二 部分习题参考答案
参考文献