控制工程基礎(chǔ)

前言

　　本書(shū)是高等學(xué)校機(jī)械工程及自動(dòng)化（機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化）專業(yè)系列教材之一，也是教育部新世紀(jì)網(wǎng)絡(luò)課程的主要參考書(shū)。　　本書(shū)是在編者幾十年教學(xué)和科研工作的基礎(chǔ)上，總結(jié)編寫(xiě)同類教材的經(jīng)驗(yàn)并吸取國(guó)內(nèi)外有關(guān)本課程領(lǐng)域內(nèi)最新的教學(xué)和科研成就，精心組織編寫(xiě)而成。具體內(nèi)容包括：控制系統(tǒng)的基本概念，數(shù)學(xué)模型，時(shí)域、頻域和狀態(tài)空間分析法，系統(tǒng)設(shè)計(jì)和校正，線性離散系統(tǒng)，控制系統(tǒng)的應(yīng)用和分析以及附錄等?！　”緯?shū)在編寫(xiě)過(guò)程中，始終貫徹少而精、系統(tǒng)性和學(xué)以致用的原則，著重考慮了以下幾個(gè)方面：　?。?）淡化經(jīng)典控制與現(xiàn)代控制的界限，把兩者有機(jī)地結(jié)合起來(lái)；主要介紹基本概念、基本原理和基本方法，突出方法論?！　。?）重點(diǎn)闡述共性問(wèn)題，符合拓寬專業(yè)口徑和增強(qiáng)培養(yǎng)人才適應(yīng)性的需要；采用啟發(fā)式編寫(xiě)方法，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力?！　。?）不苛求嚴(yán)格的數(shù)學(xué)推證，從比較直觀的物理概念出發(fā)提出問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題?！　。?）特別重視工程應(yīng)用。書(shū)中除每章附有較多機(jī)、電、液、氣方面的例題外，還專門辟出一章介紹和分析控制理論在工程中應(yīng)用的成功實(shí)例?！　。?）全書(shū)取材新穎，舍棄陳舊的內(nèi)容。盡量采用MATLAB等先進(jìn)的分析和計(jì)算軟件，使工程應(yīng)用真正落到實(shí)處?！　。?）編寫(xiě)體系符合教學(xué)規(guī)律，好教易學(xué)。論述上深入淺出，層次分明，推理清楚，簡(jiǎn)單明了。每章配備經(jīng)過(guò)精選的習(xí)題，書(shū)末附有參考答案?！　”緯?shū)適用于普通工科院校機(jī)械類各專業(yè)，也適用于其它各類成人高校、職業(yè)技術(shù)學(xué)院、電大、自學(xué)考試有關(guān)專業(yè)，并可供從事自動(dòng)控制和控制工程的科技工作者參考?！　”緯?shū)由王積偉、吳振順任主編。參加本書(shū)編寫(xiě)的有：東南大學(xué)王積偉（第1、2章，附錄A和E），北京科技大學(xué)呂衛(wèi)陽(yáng)（第3章），天津大學(xué)王樹(shù)新（第4章），哈爾濱理工大學(xué)王振波（第5章），哈爾濱工業(yè)大學(xué)吳振順（第6、7章，附錄B、C、D），東北大學(xué)張健成（第8章）。全書(shū)由王積偉修改定稿。　　本書(shū)由西安交通大學(xué)博士生導(dǎo)師何鉞教授主審。參加審稿的還有清華大學(xué)騰云鶴教授、北京工業(yè)大學(xué)薛文賢教授等。他們對(duì)本書(shū)提出了許多寶貴意見(jiàn)和建議。哈爾濱工業(yè)大學(xué)李松晶博士提供了第6、7章的習(xí)題和參考答案。在此一并表示衷心的感謝?！　∮捎诰幷咚剿?，書(shū)中難免有不少缺點(diǎn)和錯(cuò)誤，懇請(qǐng)廣大讀者批評(píng)指正。

內(nèi)容概要

　　《控制工程基礎(chǔ)》是高等學(xué)校機(jī)械工程及自動(dòng)化（機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化）專業(yè)系列教材之一，也是教育部新世紀(jì)網(wǎng)絡(luò)課程的主要參考書(shū)?！犊刂乒こ袒A(chǔ)》共分8章：第1章控制系統(tǒng)的基本概念，第2章數(shù)學(xué)模型，第3章時(shí)域分析法，第4章頻域分析法，第5章控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和校正，第6章線性離散系統(tǒng)，第7章?tīng)顟B(tài)空間分析法，第8章控制系統(tǒng)的應(yīng)用和分析。書(shū)末附有5個(gè)附錄。每章附有習(xí)題，附錄E有習(xí)題參考答案。《控制工程基礎(chǔ)》的特點(diǎn)是：淡化經(jīng)典控制與現(xiàn)代控制的界限，突出方法論；重點(diǎn)闡述共性問(wèn)題，適應(yīng)拓寬專業(yè)口徑的需要；不苛求嚴(yán)格的數(shù)學(xué)推證，從直觀的物理概念出發(fā)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題；特別重視工程應(yīng)用，除每章附有較多機(jī)、電、液、氣方面的例題外，還專辟一章介紹控制理論在工程中應(yīng)用的成功實(shí)例；取材新穎，采用MATLAB等先進(jìn)軟件分析和設(shè)計(jì)系統(tǒng)；編寫(xiě)體系符合教學(xué)規(guī)律，好教易學(xué)；傳授科學(xué)知識(shí)與培養(yǎng)創(chuàng)新能力并重。

書(shū)籍目錄

　　第1章 控制系統(tǒng)的基本概念1.1 控制系統(tǒng)的工作原理及其組成1.1.1 工作原理1.1.2 開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制1.1.3 閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成1.2 控制系統(tǒng)的基本類型1.2.1 按輸入量的特征分類1.2.2 按系統(tǒng)中傳遞信號(hào)的性質(zhì)分類1.3 對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求1.4 控制工程發(fā)展概況習(xí)題第2章 數(shù)學(xué)模型2.1 控制系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)微分方程2.1.1 建立數(shù)學(xué)模型的一般步驟2.1.2 控制系統(tǒng)微分方程的列寫(xiě)2.2 拉氏變換和反變換2.2.1 拉氏變換的定義2.2.2 幾種典型函數(shù)的拉氏變換2.2.3 拉氏變換的主要定理2.2.4 拉氏反變換2.2.5 應(yīng)用拉氏變換解線性微分方程2.3 傳遞函數(shù)2.3.1 傳遞函數(shù)的概念和定義2.3.2 特征方程、零點(diǎn)和極點(diǎn)2.3.3 關(guān)于傳遞函數(shù)的幾點(diǎn)說(shuō)明2.3.4 典型環(huán)節(jié)及其傳遞函數(shù)2.4 系統(tǒng)方框圖和信號(hào)流圖2.4.1 系統(tǒng)方框圖2.4.2 系統(tǒng)方框圖的簡(jiǎn)化2.4.3 系統(tǒng)信號(hào)流圖和梅森公式2.4.4 控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)2.5 非線性數(shù)學(xué)模型的線性化2.5.1 線性化問(wèn)題的提出2.5.2 非線性數(shù)學(xué)模型的線性化2.5.3 系統(tǒng)線性化微分方程的建立2.6 控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)推導(dǎo)舉例2.6.1 機(jī)械系統(tǒng)2.6.2 液壓系統(tǒng)2.6.3 液位系統(tǒng)2.6.4 機(jī)電系統(tǒng)2.6.5 熱力系統(tǒng)習(xí)題一第3章 時(shí)域分析法3.1 典型輸入信號(hào)3.2 一階系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)3.2.1 一階慣性環(huán)節(jié)的單位階躍響應(yīng)3.2.2 一階慣性環(huán)節(jié)的單位速度響應(yīng)3.2.3 一階慣性環(huán)節(jié)的單位脈沖響應(yīng)3.2.4 線性定常系統(tǒng)時(shí)間響應(yīng)的性質(zhì)3.3 二階系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)3.3.1 二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)3.3.2 二階系統(tǒng)的性能指標(biāo)3.4 高階系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)3.5 誤差分析和計(jì)算3.5.1 穩(wěn)態(tài)誤差的基本概念3.5.2 穩(wěn)態(tài)誤差的計(jì)算3.5.3 穩(wěn)態(tài)誤差系數(shù)3.5.4 擾動(dòng)引起的穩(wěn)態(tài)誤差和系統(tǒng)總誤差3.6 穩(wěn)定性分析3.6.1 穩(wěn)定的概念3.6.2 穩(wěn)定的條件3.6.3 勞思穩(wěn)定判據(jù)3.7 時(shí)域特性的計(jì)算機(jī)輔助分析習(xí)題第4章 頻域分析法4.1 頻率特性的基本概念4.1.1 頻率響應(yīng)和頻率特性4.1.2 頻率特性的求取方法4.1.3 頻率特性的圖示方法4.2 典型環(huán)節(jié)的頻率特性圖4.2.1 比例環(huán)節(jié)4.2.2 慣性環(huán)節(jié)4.2.3 積分環(huán)節(jié)4.2.4 理想微分環(huán)節(jié)4.2.5 振蕩環(huán)節(jié)4.2.6 一階微分環(huán)節(jié)4.2.7 二階微分環(huán)節(jié)4.2.8 延遲環(huán)節(jié)4.3 系統(tǒng)開(kāi)環(huán)頻率特性圖4.3.1 最小相位系統(tǒng)4.3.2 系統(tǒng)開(kāi)環(huán)尼氏圖的繪制4.3.3 系統(tǒng)開(kāi)環(huán)博德圖的繪制4.3.4 傳遞函數(shù)實(shí)驗(yàn)確定法4.4 頻域穩(wěn)定性判據(jù)4.4.1 尼奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)4.4.2 對(duì)數(shù)頻率特性的穩(wěn)定性判據(jù)4.4.3 穩(wěn)定性裕量4.5 閉環(huán)控制系統(tǒng)的頻率特性4.5.1 閉環(huán)系統(tǒng)頻率特性的求取4.5.2 閉環(huán)系統(tǒng)的頻域指標(biāo)4.6 頻域指標(biāo)與時(shí)域性能指標(biāo)間的關(guān)系4.6.1 閉環(huán)頻域指標(biāo)與時(shí)域性能指標(biāo)之間的關(guān)系4.6.2 開(kāi)環(huán)頻域指標(biāo)與時(shí)域性能指標(biāo)之間的關(guān)系4.7 用系統(tǒng)開(kāi)環(huán)頻率特性分析閉環(huán)系統(tǒng)性能4.7.1 低頻段4.7.2 中頻段4.7.3 結(jié)論4.8 頻域特性的計(jì)算機(jī)輔助分析4.8.1 用MATLAB作開(kāi)環(huán)頻率特性曲線4.8.2 用MATLAB作閉環(huán)頻率響應(yīng)曲線習(xí)題第5章 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和校正5.1 概述5.2 PID控制規(guī)律5.2.1 P控制5.2.2 PI控制5.2.3 PD控制5.2.4 PID控制5.3 PID控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)5.3.1 PD控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)5.3.2 PI控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)5.3.3 PID控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)5.3.4 小結(jié)5.4 頻率法設(shè)計(jì)和校正5.4.1 PID校正網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的確定5.4.2 近似PID校正網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)確定5.5 并聯(lián)校正和復(fù)合校正5.5.1 并聯(lián)校正(反饋校正)5.5.2 復(fù)合校正習(xí)題第6章 線性離散系統(tǒng)與Z變換6.1 概述6.2 采樣過(guò)程與采樣定理6.2.1 采樣過(guò)程6.2.2 采樣定理6.2.3 信號(hào)恢復(fù)6.3 z變換與Z反變換6.3.1 Z變換6.3.2 z反變換6.3.3 連續(xù)系統(tǒng)的離散化方程——差分方程6.3.4 用z變換法求解差分方程6.4 脈沖傳遞函數(shù)6.4.1 脈沖傳遞函數(shù)6.4.2 離散系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)脈沖傳遞函數(shù)6.4.3 離散系統(tǒng)的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)6.4.4 閉環(huán)離散系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程6.5 離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析6.5.1 [s]平面到[z]平面之間的映射6.5.2 線性離散系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件6.5.3 線性離散系統(tǒng)穩(wěn)定性的判別方法6.6 數(shù)字控制器與離散PID控制6.6.1 數(shù)字控制器的脈沖傳遞函數(shù)6.6.2 離散PID控制器及其校正習(xí)題第7章 狀態(tài)空間分析法7.1 狀態(tài)變量與狀態(tài)空間7.2 連續(xù)系統(tǒng)的狀態(tài)方程及輸出方程7.2.1 由系統(tǒng)微分方程列寫(xiě)狀態(tài)方程及輸出方程7.2.2 由系統(tǒng)狀態(tài)變量圖列寫(xiě)狀態(tài)方程及輸出方程7.2.3 由系統(tǒng)方框圖直接列寫(xiě)狀態(tài)方程及輸出方程7.2.4 非線性系統(tǒng)的狀態(tài)方程及輸出方程7.2.5 時(shí)變線性系統(tǒng)的狀態(tài)方程及輸出方程7.3 離散系統(tǒng)的狀態(tài)方程及輸出方程7.3.1 作用函數(shù)不含未來(lái)值時(shí)線性離散系統(tǒng)的狀態(tài)方程及輸出方程7.3.2 作用函數(shù)含未來(lái)值時(shí)線性離散系統(tǒng)的狀態(tài)方程及輸出方程7.4 控制系統(tǒng)狀態(tài)方程的解7.4.1 連續(xù)系統(tǒng)狀態(tài)方程的解7.4.2 離散系統(tǒng)狀態(tài)方程的解7.4.3 連續(xù)系統(tǒng)狀態(tài)方程的離散化7.5 基于連續(xù)系統(tǒng)狀態(tài)方程的計(jì)算機(jī)輔助分析7.5.1 連續(xù)系統(tǒng)狀態(tài)方程的數(shù)值積分程序7.5.2 MATLAB與SIMULINK在連續(xù)系統(tǒng)分析中的應(yīng)用7.6 SIMULINK在離散系統(tǒng)分析中的應(yīng)用7.6.1 基于狀態(tài)差分方程的時(shí)域特性分析7.6.2 基于離散系統(tǒng)方框圖的時(shí)域特性分析7.7 用MATLAB轉(zhuǎn)換系統(tǒng)模型習(xí)題第8章 控制系統(tǒng)的應(yīng)用和分析8.1 帶鋼卷取電液伺服控制系統(tǒng)8.1.1 概述8.1.2 控制系統(tǒng)的組成和工作原理8.1.3 控制系統(tǒng)性能分析8.2 電壓一轉(zhuǎn)角機(jī)電伺服控制系統(tǒng)8.2.1 概述8.2.2 控制系統(tǒng)的組成和工作原理8.2.3 控制系統(tǒng)性能分析8.3 仿形刀架機(jī)液伺服控制系統(tǒng)8.3.1 概述8.3.2 控制系統(tǒng)的組成和工作原理8.3.3 控制系統(tǒng)性能分析8.4 定量澆注氣動(dòng)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)8.4.1 概述8.4.2 控制系統(tǒng)的組成和工作原理8.4.3 控制系統(tǒng)性能分析附錄A 常用函數(shù)的拉氏變換和z變換表附錄B Z變換基本定理附錄C 矩陣運(yùn)算附錄D 基本的數(shù)值解法附錄E 習(xí)題參考答案參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)用一定輸入量產(chǎn)生一定的輸出量，如果由于某種干擾作用使輸出量偏離原始值，它沒(méi)有自動(dòng)糾偏的能力。要進(jìn)行補(bǔ)償，必須再借助人工改變輸入量。所以開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的控制精度較低。但是如果組成系統(tǒng)的元件特性和參數(shù)值比較穩(wěn)定，而且外界的干擾也比較小，則這種控制系統(tǒng)也可以保證一定的精度。開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的最大優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)簡(jiǎn)單，一般都能穩(wěn)定可靠地工作，因此對(duì)于要求不高的系統(tǒng)可以采用。　　2．閉環(huán)控制系統(tǒng)　　如果系統(tǒng)的輸出端和輸入端之間存在反饋回路，輸出量對(duì)控制過(guò)程產(chǎn)生直接影響，這種系統(tǒng)稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。這里，閉環(huán)的作用就是應(yīng)用反饋來(lái)減少偏差。因此，反饋控制系統(tǒng)必是閉環(huán)控制系統(tǒng)。例如，前述的恒溫箱溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)就是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)?！　￠]環(huán)控制系統(tǒng)的突出優(yōu)點(diǎn)是控制精度高，不管遇到什么干擾，只要被控制量的實(shí)際值偏離給定值，閉環(huán)控制就會(huì)產(chǎn)生控制作用來(lái)減小這一偏差?！　￠]環(huán)控制系統(tǒng)也有它的缺點(diǎn)，這類系統(tǒng)是靠偏差進(jìn)行控制的，因此，在整個(gè)控制過(guò)程中始終存在著偏差，由于元件的慣性（如負(fù)載的慣性），若參數(shù)配置不當(dāng)，很容易引起振蕩，使系統(tǒng)不穩(wěn)定，而無(wú)法工作。所以，在閉環(huán)控制系統(tǒng)中精度和穩(wěn)定性之間總存在著矛盾，必須合理地解決?！　?．半閉環(huán)控制系統(tǒng)　　如果控制系統(tǒng)的反饋信號(hào)不是直接從系統(tǒng)的輸出端引出，而是間接地取自中間的測(cè)量元件，例如在數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)中，若將位置檢測(cè)裝置安裝在傳動(dòng)絲杠的端部，間接測(cè)量工作臺(tái)的實(shí)際位移，則這種系統(tǒng)稱為半閉環(huán)控制系統(tǒng)。　　半閉環(huán)控制系統(tǒng)可以獲得比開(kāi)環(huán)系統(tǒng)更高的控制精度，但比閉環(huán)系統(tǒng)要低；與閉環(huán)系統(tǒng)相比，它易于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定。目前大多數(shù)數(shù)控機(jī)床都采用這種半閉環(huán)控制進(jìn)給伺服系統(tǒng)。

圖書(shū)封面

評(píng)論、評(píng)分、閱讀與下載

---

    控制工程基礎(chǔ) PDF格式下載

---