機械工程控制基礎

前言

　　本書是作者在多年教學和科研工作的基礎上，通過總結同類教材的經驗并吸收國內外有關本課程最新教學和科研成果，精心組織編寫而成?！　榱嗽鰪妼W生綜合應用理論的能力和提高他們的工程素質，作者依據教學大綱，對課程內容進行了整合優(yōu)化。注重理論與工程實踐相結合，經典內容與技術發(fā)展前沿相結合，充分體現了經典控制論在機械工程中的應用。在教材的編寫過程中，引入了機械工程中的典型實例，并根據經典控制論提出問題、分析問題、解決問題，以培養(yǎng)學生將經典控制論用于機械工程中的能力?！　”緯鳛橐婚T專業(yè)基礎理論課的教材，在內容上力求重點明確、特點突出。詳細介紹了經典控制論的基本概念、基本原理、基本方法；重點介紹了時域分析和頻域分析的重點和難點。在章節(jié)編排上，首先介紹相關的數學基礎知識，然后學習建立系統的數學模型，在此基礎上再學習分析系統的時域特性和頻域特性的方法，最后對系統進行性能校正。在寫作手法上，力求使內容具有前瞻性，結構前后呼應，授課內容選擇靈活，不僅便于教師安排教學，而且便于讀者自學?！　”緯饕?部分10章的內容。第1部分主要介紹經典控制論的數學基礎知識，包括拉氏變換基本概念及其性質；第2部分是經典控制論，主要包括系統的數學模型、系統時間響應與誤差分析、系統的頻率特性、系統的穩(wěn)定性、根軌跡法、系統的性能校正、離散控制系統的性能分析和校正；第3部分主要介紹基于MATLAB軟件進行控制系統的計算機仿真與輔助設計，通過編程或者應用Simulink，模擬機電系統的動態(tài)過程，分析系統的時間響應、頻率特性和穩(wěn)定性，最終進行系統的性能校正。　　本書可作為高等學校機械工程及自動化專業(yè)的教材，也可作為相關專業(yè)的教學參考書，同時還可供機械工程及自動化專業(yè)科研與生產單位的技術人員參考。

內容概要

　　 本書主要包括3部分9章的內容。第1部分主要介紹經典控制論的數學基礎，包括拉氏變換和傅氏變換的基本概念及其性質；第2部分是經典控制論，主要包括系統的數學模型、系統時間響應與誤差分析、系統的頻率特性、系統的穩(wěn)定性、根軌跡法、系統的性能校正，以及離散控制系統的分析和校正；第3部分主要介紹基于MATLAB軟件進行控制系統的計算機仿真與輔助設計。

書籍目錄

第1章  緒論　1.1  概述　1.2  工程控制理論的研究對象與任務　1.3  控制系統　　1.3.1  控制系統　　1.3.2  反饋控制系統　　1.3.3  控制系統分類　1.4  對控制系統的基本要求　1.5  本課程的特點及學習方法　1.6  本章小結　1.7  習題第2章  機械工程控制論的數學基礎　2.1  復數和復變函數　　2.1.1  復數　　2.1.2  復數的運算規(guī)則　　2.1.3  復變函數的零點和極點　2.2  拉氏變換　　2.2.1  拉氏變換的定義　　2.2.2  典型時間函數的拉氏變換　　2.2.3  拉氏變換的主要運算定理　2.3  拉氏逆變換　　2.3.1  拉氏逆變換的定義　　2.3.2  拉氏逆變換的數學方法　2.4  拉氏變換在控制工程中的應用　2.5  本章小結　2.6  習題第3章  系統的數學模型　3.1  系統的時域數學模型　　3.1.1  系統微分方程　　3.1.2  非線性微分方程線性化處理　　3.1.3  機械系統的微分方程　3.2  系統的復域數學模型　　3.2.1  傳遞函數　　3.2.2  傳遞函數的零點、極點和增益　　3.2.3  典型環(huán)節(jié)的傳遞函數　3.3  系統傳遞函數方框圖　　3.3.1  系統傳遞函數方框圖　　3.3.2  傳遞函數方框圖的等效變換　　3.3.3  傳遞函數方框圖的簡化　3.4  梅遜公式　3.5  系統的狀態(tài)空間模型　　3.5.1  狀態(tài)變量與狀態(tài)空間表達式　　3.5.2  線性系統的狀態(tài)方程　　3.5.3  傳遞函數與狀態(tài)空間表達式相互轉化　3.6  本章小結　3.7  習題第4章  系統的時域分析　4.1  系統的時間響應及其組成　　4.1.1  系統的時間響應　　4.1.2  非齊次二階線性微分方程的解及其解的組成　　4.1.3  系統的時間響應組成　4.2  典型輸入信號　4.3  一階系統的時間響應　　4.3.1  單位脈沖響應　　4.3.2  單位階躍響應　　4.3.3  單位斜坡響應　4.4  二階系統的時間響應　　4.4.1  二階系統的傳遞函數　　4.4.2  二階系統的特征根　　4.4.3  二階系統的單位脈沖響應　　4.4.4  二階系統的單位階躍響應　4.5  系統時域性能指標　　4.5.1  系統的時域指標定義　　4.5.2  一階系統的動態(tài)性能指標　　4.5.3  二階系統響應的動態(tài)性能指標　4.6  高階系統的時域分析　　4.6.1  典型三階系統的單位階躍響應　　4.6.2  高階系統的單位階躍響應　4.7  系統的誤差分析與計算　　4.7.1  系統的誤差與偏差　　4.7.2  穩(wěn)態(tài)誤差　　4.7.3  系統類型　　4.7.4  靜態(tài)誤差系數與穩(wěn)態(tài)誤差　　4.7.5  干擾作用下的穩(wěn)態(tài)誤差　4.8  本章小結　4.9  習題第5章  根軌跡法第6章  系統的頻率特性	第7章  系統的穩(wěn)定性	第8章  系統的性能校正	第9章  離散控制系統的分析和校正	第10章  機械工程控制系統的計算機仿真與輔助設計主要符號說明	索引	參考文獻

章節(jié)摘錄

　　隨著科學技術的不斷發(fā)展，自動控制技術已廣泛應用于工業(yè)、農業(yè)、交通、生命學科、國防裝備、航空航天和科學實踐的各個領域，極大地提高了整個社會的勞動生產率，改善了人們的勞動條件，推動和促進了現代社會的快速發(fā)展。除了在宇宙飛船、導彈發(fā)射和飛機駕駛等領域中起著特別重要的作用之外，自動控制技術在現代制造業(yè)和工業(yè)生產過程中也是不可缺少的組成部分，而且在廣泛應用于制造工業(yè)的數控機床、加工中心、工業(yè)機器人中，自動控制技術都起到了關鍵作用。此外，在過程控制工業(yè)中，對于壓力、溫度和流量等的控制，自動控制技術也是不可缺少的?！　∽詣涌刂萍夹g的不斷發(fā)展促使人們不斷地探索和實現自動控制技術的理論和方法。自動控制理論是自動控制技術的基礎理論，是專門研究有關自動控制系統的基本概念、基本原理和基本方法的一門科學。根據自動控制技術的發(fā)展進程，自動控制理論可分為經典控制理論、現代控制理論和智能控制理論三大部分?！　〗浀淇刂疲–lassical Contr01）理論是在復數域內以積分變換為數學工具研究單輸入、單輸出線性定常系統的動態(tài)歷程，分析系統的穩(wěn)定性、瞬態(tài)過程和穩(wěn)態(tài)性能，以及系統性能校正?！　‖F代控制（Modem Contr01）理論是在時間域內以狀態(tài)方程為基礎研究多輸入、多輸出系統的動態(tài)歷程。這里的系統可以是線性的也可以是非線性的，可以是定常的也可以是時變的，可以是連續(xù)的也可以是離散的，可以是確定的也可以是隨機的?！　≈悄芸刂疲↖ntelligent Contr01）理論是自動控制理論發(fā)展的高級階段，是人工智能、控制理論、系統論、信息論、仿生學、神經生理學、進化計算和計算機等多種學科的高度綜合與集成，是一門新興的邊緣交叉學科。它主要研究那些用傳統方法難以解決的具有不確定性模型、高度非線性及復雜要求的復雜系統的控制問題。　　經典控制理論是自動化控制理論的基礎，它在工業(yè)、化工、能源等領域得到了廣泛的應用，不失為解決工程實際問題的基本理論和方法?！　〗浀淇刂评碚撛跈C械系統和機械工業(yè)生產過程中得到廣泛的應用，從而形成了一門新型科學——機械工程控制理論（Mechanical Engineering Control Theory）。機械工程控制理論是將經典控制理論應用于機械工程而形成的一門科學，是研究以機械工程技術為對象的經典控制理論問題，這是一門跨控制理論與機械工程領域的邊緣科學。

編輯推薦

　　機械工程控制基礎：《機械工程控制基礎》秉承“工程教育”的教學理念.在編著者數十年教學經驗的基礎上，根據國內經典教材的架構編寫而成。內容上突出基礎，增加了“數學基礎”一章：編寫上強調應用，不僅有MATLAB仿真，而且開辟了“應用點評”、“應用推廣”和“工程實例”等專欄，詳細內容請見目錄和索引。

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