機(jī)械工程控制基礎(chǔ)

前言

　　本書是作者在多年教學(xué)和科研工作的基礎(chǔ)上，通過總結(jié)同類教材的經(jīng)驗(yàn)并吸收國內(nèi)外有關(guān)本課程最新教學(xué)和科研成果，精心組織編寫而成?！　榱嗽鰪?qiáng)學(xué)生綜合應(yīng)用理論的能力和提高他們的工程素質(zhì)，作者依據(jù)教學(xué)大綱，對課程內(nèi)容進(jìn)行了整合優(yōu)化。注重理論與工程實(shí)踐相結(jié)合，經(jīng)典內(nèi)容與技術(shù)發(fā)展前沿相結(jié)合，充分體現(xiàn)了經(jīng)典控制論在機(jī)械工程中的應(yīng)用。在教材的編寫過程中，引入了機(jī)械工程中的典型實(shí)例，并根據(jù)經(jīng)典控制論提出問題、分析問題、解決問題，以培養(yǎng)學(xué)生將經(jīng)典控制論用于機(jī)械工程中的能力?！　”緯鳛橐婚T專業(yè)基礎(chǔ)理論課的教材，在內(nèi)容上力求重點(diǎn)明確、特點(diǎn)突出。詳細(xì)介紹了經(jīng)典控制論的基本概念、基本原理、基本方法；重點(diǎn)介紹了時(shí)域分析和頻域分析的重點(diǎn)和難點(diǎn)。在章節(jié)編排上，首先介紹相關(guān)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識，然后學(xué)習(xí)建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上再學(xué)習(xí)分析系統(tǒng)的時(shí)域特性和頻域特性的方法，最后對系統(tǒng)進(jìn)行性能校正。在寫作手法上，力求使內(nèi)容具有前瞻性，結(jié)構(gòu)前后呼應(yīng)，授課內(nèi)容選擇靈活，不僅便于教師安排教學(xué)，而且便于讀者自學(xué)?！　”緯饕?部分10章的內(nèi)容。第1部分主要介紹經(jīng)典控制論的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識，包括拉氏變換基本概念及其性質(zhì)；第2部分是經(jīng)典控制論，主要包括系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、系統(tǒng)時(shí)間響應(yīng)與誤差分析、系統(tǒng)的頻率特性、系統(tǒng)的穩(wěn)定性、根軌跡法、系統(tǒng)的性能校正、離散控制系統(tǒng)的性能分析和校正；第3部分主要介紹基于MATLAB軟件進(jìn)行控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真與輔助設(shè)計(jì)，通過編程或者應(yīng)用Simulink，模擬機(jī)電系統(tǒng)的動態(tài)過程，分析系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)、頻率特性和穩(wěn)定性，最終進(jìn)行系統(tǒng)的性能校正?！　”緯勺鳛楦叩葘W(xué)校機(jī)械工程及自動化專業(yè)的教材，也可作為相關(guān)專業(yè)的教學(xué)參考書，同時(shí)還可供機(jī)械工程及自動化專業(yè)科研與生產(chǎn)單位的技術(shù)人員參考。

內(nèi)容概要

　　 本書主要包括3部分9章的內(nèi)容。第1部分主要介紹經(jīng)典控制論的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，包括拉氏變換和傅氏變換的基本概念及其性質(zhì)；第2部分是經(jīng)典控制論，主要包括系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、系統(tǒng)時(shí)間響應(yīng)與誤差分析、系統(tǒng)的頻率特性、系統(tǒng)的穩(wěn)定性、根軌跡法、系統(tǒng)的性能校正，以及離散控制系統(tǒng)的分析和校正；第3部分主要介紹基于MATLAB軟件進(jìn)行控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真與輔助設(shè)計(jì)。

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(wù)　1.3  控制系統(tǒng)　　1.3.1  控制系統(tǒng)　　1.3.2  反饋控制系統(tǒng)　　1.3.3  控制系統(tǒng)分類　1.4  對控制系統(tǒng)的基本要求　1.5  本課程的特點(diǎn)及學(xué)習(xí)方法　1.6  本章小結(jié)　1.7  習(xí)題第2章  機(jī)械工程控制論的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)　2.1  復(fù)數(shù)和復(fù)變函數(shù)　　2.1.1  復(fù)數(shù)　　2.1.2  復(fù)數(shù)的運(yùn)算規(guī)則　　2.1.3  復(fù)變函數(shù)的零點(diǎn)和極點(diǎn)　2.2  拉氏變換　　2.2.1  拉氏變換的定義　　2.2.2  典型時(shí)間函數(shù)的拉氏變換　　2.2.3  拉氏變換的主要運(yùn)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(shù)學(xué)方法　2.4  拉氏變換在控制工程中的應(yīng)用　2.5  本章小結(jié)　2.6  習(xí)題第3章  系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型　3.1  系統(tǒng)的時(shí)域數(shù)學(xué)模型　　3.1.1  系統(tǒng)微分方程　　3.1.2  非線性微分方程線性化處理　　3.1.3  機(jī)械系統(tǒng)的微分方程　3.2  系統(tǒng)的復(fù)域數(shù)學(xué)模型　　3.2.1  傳遞函數(shù)　　3.2.2  傳遞函數(shù)的零點(diǎn)、極點(diǎn)和增益　　3.2.3  典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)　3.3  系統(tǒng)傳遞函數(shù)方框圖　　3.3.1  系統(tǒng)傳遞函數(shù)方框圖　　3.3.2  傳遞函數(shù)方框圖的等效變換　　3.3.3  傳遞函數(shù)方框圖的簡化　3.4  梅遜公式　3.5  系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型　　3.5.1  狀態(tài)變量與狀態(tài)空間表達(dá)式　　3.5.2  線性系統(tǒng)的狀態(tài)方程　　3.5.3  傳遞函數(shù)與狀態(tài)空間表達(dá)式相互轉(zhuǎn)化　3.6  本章小結(jié)　3.7  習(xí)題第4章  系統(tǒng)的時(shí)域分析　4.1  系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)及其組成　　4.1.1  系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)　　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(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)組成　4.2  典型輸入信號　4.3  一階系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)　　4.3.1  單位脈沖響應(yīng)　　4.3.2  單位階躍響應(yīng)　　4.3.3  單位斜坡響應(yīng)　4.4  二階系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)　　4.4.1  二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)　　4.4.2  二階系統(tǒng)的特征根　　4.4.3  二階系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)　　4.4.4  二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)　4.5  系統(tǒng)時(shí)域性能指標(biāo)　　4.5.1  系統(tǒng)的時(shí)域指標(biāo)定義　　4.5.2  一階系統(tǒng)的動態(tài)性能指標(biāo)　　4.5.3  二階系統(tǒng)響應(yīng)的動態(tài)性能指標(biāo)　4.6  高階系統(tǒng)的時(shí)域分析　　4.6.1  典型三階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)　　4.6.2  高階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)　4.7  系統(tǒng)的誤差分析與計(jì)算　　4.7.1  系統(tǒng)的誤差與偏差　　4.7.2  穩(wěn)態(tài)誤差　　4.7.3  系統(tǒng)類型　　4.7.4  靜態(tài)誤差系數(shù)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(jié)　4.9  習(xí)題第5章  根軌跡法第6章  系統(tǒng)的頻率特性	第7章  系統(tǒng)的穩(wěn)定性	第8章  系統(tǒng)的性能校正	第9章  離散控制系統(tǒng)的分析和校正	第10章  機(jī)械工程控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真與輔助設(shè)計(jì)主要符號說明	索引	參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，自動控制技術(shù)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、生命學(xué)科、國防裝備、航空航天和科學(xué)實(shí)踐的各個領(lǐng)域，極大地提高了整個社會的勞動生產(chǎn)率，改善了人們的勞動條件，推動和促進(jìn)了現(xiàn)代社會的快速發(fā)展。除了在宇宙飛船、導(dǎo)彈發(fā)射和飛機(jī)駕駛等領(lǐng)域中起著特別重要的作用之外，自動控制技術(shù)在現(xiàn)代制造業(yè)和工業(yè)生產(chǎn)過程中也是不可缺少的組成部分，而且在廣泛應(yīng)用于制造工業(yè)的數(shù)控機(jī)床、加工中心、工業(yè)機(jī)器人中，自動控制技術(shù)都起到了關(guān)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(shù)也是不可缺少的?！　∽詣涌刂萍夹g(shù)的不斷發(fā)展促使人們不斷地探索和實(shí)現(xiàn)自動控制技術(shù)的理論和方法。自動控制理論是自動控制技術(shù)的基礎(chǔ)理論，是專門研究有關(guān)自動控制系統(tǒng)的基本概念、基本原理和基本方法的一門科學(xué)。根據(jù)自動控制技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程，自動控制理論可分為經(jīng)典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論三大部分?！　〗?jīng)典控制（Classical Contr01）理論是在復(fù)數(shù)域內(nèi)以積分變換為數(shù)學(xué)工具研究單輸入、單輸出線性定常系統(tǒng)的動態(tài)歷程，分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性、瞬態(tài)過程和穩(wěn)態(tài)性能，以及系統(tǒng)性能校正。　　現(xiàn)代控制（Modem Contr01）理論是在時(shí)間域內(nèi)以狀態(tài)方程為基礎(chǔ)研究多輸入、多輸出系統(tǒng)的動態(tài)歷程。這里的系統(tǒng)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(shí)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(jī)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(tǒng)論、信息論、仿生學(xué)、神經(jīng)生理學(xué)、進(jìn)化計(jì)算和計(jì)算機(jī)等多種學(xué)科的高度綜合與集成，是一門新興的邊緣交叉學(xué)科。它主要研究那些用傳統(tǒng)方法難以解決的具有不確定性模型、高度非線性及復(fù)雜要求的復(fù)雜系統(tǒng)的控制問題?！　〗?jīng)典控制理論是自動化控制理論的基礎(chǔ)，它在工業(yè)、化工、能源等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，不失為解決工程實(shí)際問題的基本理論和方法。　　經(jīng)典控制理論在機(jī)械系統(tǒng)和機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)過程中得到廣泛的應(yīng)用，從而形成了一門新型科學(xué)——機(jī)械工程控制理論（Mechanical Engineering Control Theory）。機(jī)械工程控制理論是將經(jīng)典控制理論應(yīng)用于機(jī)械工程而形成的一門科學(xué)，是研究以機(jī)械工程技術(shù)為對象的經(jīng)典控制理論問題，這是一門跨控制理論與機(jī)械工程領(lǐng)域的邊緣科學(xué)。

編輯推薦

　　機(jī)械工程控制基礎(chǔ)：《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》秉承“工程教育”的教學(xué)理念.在編著者數(shù)十年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)國內(nèi)經(jīng)典教材的架構(gòu)編寫而成。內(nèi)容上突出基礎(chǔ)，增加了“數(shù)學(xué)基礎(chǔ)”一章：編寫上強(qiáng)調(diào)應(yīng)用，不僅有MATLAB仿真，而且開辟了“應(yīng)用點(diǎn)評”、“應(yīng)用推廣”和“工程實(shí)例”等專欄，詳細(xì)內(nèi)容請見目錄和索引。

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