本书内容包括机械工程控制基础的基本概念、系统的数学建模、控制系统的时域分析法、控制系统的频域分析法、控制系统的设计与校正、离散控制系统初步、Matlab/Simulink在控制系统分析中的应用、机械工程控制系统案例分析等。本书可供机械工程类相关专业的本科、成人教育、函授生作为教材,也可供相关教师与工程技术人员作为参考书。

目 录 第1章 绪论 (1) 1.1 机械工程控制概述 (1) 1.1.1 控制理论与机械工程控制 (1) 1.1.2 机械工程控制论的研究对象与任务 (2) 1.2 控制系统的分类及组成 (4) 1.2.1 控制系统的几种分类 (4) 1.2.2 控制系统的基本组成 (7) 1.3 控制系统的基本要求 (9) 1.4 控制工程的发展与应用 (10) 1.4.1 自动控制的发展阶段 (10) 1.4.2 控制理论在机械制造发展中的应用 (12) 1.5 本书的结构体系 (13) 本章小结 (13) 习题 (14) 第2章 控制系统的数学模型 (17) 2.1 系统的数学模型 (17) 2.1.1 系统的数学模型及分类 (17) 2.1.2 列写系统数学模型的一般方法 (18) 2.2 系统的微分方程 (18) 2.2.1 列写微分方程的一般步骤 (19) 2.2.2 典型系统的微分方程 (19) 2.3 系统的传递函数 (23) 2.3.1 传递函数的基本概念 (23) 2.3.2 系统的特征方程、零点和极点及复域特征 (24) 2.3.3 典型环节的传递函数 (25) 2.3.4 系统传递函数的几个问题 (33) 2.4 系统的传递函数方框图 (36) 2.4.1 控制系统数学模型图形化的优点 (36) 2.4.2 方框图的结构要素及建立 (36) 2.4.3 传递函数方框图的等效变换 (41) 2.4.4 复杂传递函数方框图化简与直接列写 (42) 2.4.5 输入和干扰同时作用下的系统传递函数 (45) 2.5 MATLAB/Simulink在控制工程中的应用 (47) 2.5.1 MATLAB/Simulink软件简介 (47) 2.5.2 MATLAB工具箱及操作 (47) 2.5.3 Simulink模块库及建模 (48) 2.5.4 数学模型的MATLAB/Simulink实现 (49) 本章小结 (51) 习题 (51) 第3章 控制系统的时域分析法 (55) 3.1 系统响应的构成和系统动态特性的时域特征 (55) 3.1.1 时间响应及组成 (55) 3.1.2 典型输入信号 (58) 3.2 控制系统时域动态性能分析 (60) 3.2.1 控制系统时域分析的基本方法及步骤 (60) 3.2.2 一阶系统的时间响应 (61) 3.2.3 二阶系统的时间响应 (63) 3.2.4 控制系统的时域性能指标及计算 (67) 3.2.5 高阶系统的时域分析 (74) 3.3 控制系统稳定性时域分析 (77) 3.3.1 系统稳定性的概念 (77) 3.3.2 线性系统稳定性的充分必要条件 (78) 3.3.3 劳斯(Routh)稳定性判据 (79) 3.4 控制系统误差时域分析及计算 (83) 3.4.1 系统的误差与偏差 (83) 3.4.2 系统的稳态误差与稳态偏差 (84) 3.4.3 系统的型次与偏差系数 (85) 3.4.4 扰动作用下的稳态误差 (88) 3.4.5 提高系统稳态精度的措施 (89) 3.5 基于MATLAB/Simulink的时间响应分析 (91) 本章小结 (94) 习题 (94) 第4章 控制系统的频域分析法 (99) 4.1 概述 (99) 4.1.1 频率特性的基本概念 (100) 4.1.2 频率特性的获取及特点 (104) 4.1.3 对数频率特性 (105) 4.2 典型环节及一般系统的频率特性 (107) 4.3 频率特性的性能指标 (117) 4.4 Nyquist和Bode稳定判据 (119) 4.4.1 辐角原理 (119) 4.4.2 Nyquist稳定判据 (120) 4.4.3 原点为开环极点时的Nyquist判据 (121) 4.4.4 根据Bode图判断系统的稳定性 (123) 4.5 控制系统的相对稳定性 (124) 4.6 基于MATLAB/Simulink的频域分析 (127) 本章小结 (130) 习题 (130) 第5章 控制系统校正与工程设计 (133) 5.1 控制系统的设计与校正概述 (133) 5.1.1 校正的概念 (133) 5.1.2 校正的方式 (134) 5.1.3 校正装置 (135) 5.2 控制系统的设计指标要求 (135) 5.2.1 控制系统时域、频域性能指标及误差准则 (135) 5.2.2 频域性能指标与时域性能指标的关系 (138) 5.2.3 系统设计与校正的一般原则 (142) 5.3 串联校正 (143) 5.3.1 相位超前校正 (143) 5.3.2 相位滞后校正 (147) 5.3.3 相位滞后-超前校正 (150) 5.4 并联校正 (153) 5.4.1 反馈校正 (153) 5.4.2 顺馈校正 (155) 5.5 PID校正 (155) 5.5.1 PID控制规律 (156) 5.5.2 PID控制器类型 (156) 5.5.3 PID控制器设计 (160) 5.6 基于MATLAB/Simulink的系统校正 (163) 5.6.1 控制系统的Bode图校正 (163) 5.6.2 控制系统的PID校正 (166) 本章小结 (172) 习题 (172) 第6章 离散控制系统 (175) 6.1 离散控制系统概述 (175) 6.1.1 采样控制系统与数字控制系统 (175) 6.1.2 A/D转换器与D/A转换器 (177) 6.1.3 离散控制系统的特点 (178) 6.2 信号采样与采样定理 (178) 6.2.1 信号采样 (178) 6.2.2 采样定理 (179) 6.2.3 采样信号的保持 (181) 6.3 离散控制系统的数学模型——差分方程 (182) 6.3.1 线性常系数差分方程 (182) 6.3.2 差分方程的解法 (183) 6.4 离散控制系统的传递函数 (184) 6.4.1 脉冲传递函数的定义与求解 (184) 6.4.2 脉冲传递函数的建立 (185) 6.5 离散控制系统分析 (188) 6.5.1 离散控制系统稳定性分析 (188) 6.5.2 离散控制系统动态性能分析 (192) 6.5.3 离散控制系统稳态性能分析 (194) 6.6 基于MATLAB/Simulink的离散系统分析与校正 (196) 6.6.1 连续系统的离散化 (196) 6.6.2 离散系统的单位阶跃响应 (197) 6.6.3 离散系统的频域响应 (198) 本章小结 (199) 习题 (199) 第7章 控制技术在工程中的应用 (201) 7.1 控制系统职能原理框图到传递函数框图的转化 (202) 7.2 数控交流伺服系统参数整定 (206) 7.3 控制技术在工业机器人中的应用 (212) 7.3.1 工业机器人控制系统的特点 (213) 7.3.2 工业机器人控制系统的主要功能 (213) 7.3.3 工业机器人控制系统的组成 (214) 7.3.4 工业机器人运动控制系统 (215) 本章小结 (217) 附录A 主要符号说明 (218) 附录B 拉氏变换法 (219) B.1 拉氏变换的定义 (219) B.2 典型函数的拉氏变换 (220) B.3 拉氏变换的主要定理 (222) B.4 拉氏逆变换 (224) 附录C Z变换与Z逆变换 (228) C.1 Z变换的定义 (228) C.2 Z变换求法 (229) C.3 Z变换的基本定理 (231) C.4 Z逆变换 (232) 参考文献 (234)