控制工程基礎（第三版）內(nèi)容簡介

主編

王積偉、吳振順

參編

王樹新、王振波、呂衛(wèi)陽、許飛云、張健成

主審

西安交通大學博士生導師何鉞教授

參審

清華大學騰云鶴教授、北京工業(yè)大學薛文賢教授

盧廣

盧廣

李衛(wèi)青

童丹

于博

張薇

趙義民

前輔文

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)中傳遞信號的性質(zhì)分類

1.3 對控制系統(tǒng)的基本要求

1.4 控制工程發(fā)展概況

習題

第2章 數(shù)學模型

2.1 控制系統(tǒng)的運動微分方程

2.1.1 建立數(shù)學模型的一般步驟

2.1.2 控制系統(tǒng)微分方程的列寫

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 應用拉氏變換求解線性微分方程

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、零點和極點

2.3.3 關于傳遞函數(shù)的幾點說明

2.3.4 典型環(huán)節(jié)及其傳遞函數(shù)

2.4 系統(tǒng)框圖和信號流圖

2.4.1 系統(tǒng)框圖

2.4.2 系統(tǒng)框圖的簡化

2.4.3 系統(tǒng)信號流圖和梅森公式

2.4.4 控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)

*2.5 非線性數(shù)學模型的線性化

2.5.1 線性化問題的提出

2.5.2 非線性數(shù)學模型的線性化

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)推導舉例

2.6.1 機械系統(tǒng)

2.6.2 液壓系統(tǒng)

2.6.3 液位系統(tǒng)

2.6.4 機電系統(tǒng)

2.6.5 熱力系統(tǒng)

習題

第3章 時域分析法

3.1 典型輸入信號

3.2 一階系統(tǒng)的時間響應

3.2.1 一階慣性環(huán)節(jié)的單位階躍響應

3.2.2 一階慣性環(huán)節(jié)的單位速度響應

3.2.3 一階慣性環(huán)節(jié)的單位脈沖響應

3.2.4 線性定常系統(tǒng)時間響應的性質(zhì)

3.3 二階系統(tǒng)的時間響應

3.3.1 二階系統(tǒng)的單位階躍響應

3.3.2 二階系統(tǒng)的性能指標

3.4 高階系統(tǒng)的時間響應

3.5 誤差分析和計算標有“*”的章節(jié)供多學時專業(yè)或?qū)W生自學使用。

3.5.1 穩(wěn)態(tài)誤差的基本概念

3.5.2 穩(wěn)態(tài)誤差的計算

3.5.3 穩(wěn)態(tài)誤差系數(shù)

3.5.4 擾動引起的穩(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 基于MATLAB與SIMULINK的時域特性分析

3.7.1 基于MATLAB的時域特性分析

3.7.2 基于SIMULINK的時域特性分析

習題

第4章 根軌跡分析法

4.1 基本概念

4.1.1 根軌跡

4.1.2 系統(tǒng)開、閉環(huán)零、極點之間的關系

4.1.3 根軌跡方程

4.1.4 廣義根軌跡

4.2 根軌跡繪制的一般步驟及其基本規(guī)則

4.2.1 預備步驟

4.2.2 根軌跡繪制

4.3 控制系統(tǒng)的根軌跡分析

4.3.1 系統(tǒng)閉環(huán)極點的期望位置

4.3.2 增加開環(huán)零、極點對根軌跡的影響

4.3.3 單參數(shù)可變系統(tǒng)的根軌跡分析舉例

4.3.4 多參數(shù)可變系統(tǒng)的根軌跡分析舉例

4.4 基于MATLAB的根軌跡分析

4.4.1 MATLAB根軌跡分析函數(shù)

4.4.2 基于MATLAB根軌跡分析舉例

4.4.3 MATLAB根軌跡簇的繪制

習題

第5章 頻域分析法

5.1 頻率特性的基本概念

5.1.1 頻率響應和頻率特性

5.1.2 頻率特性的求取方法

5.1.3 頻率特性的圖示方法

5.2 典型環(huán)節(jié)的頻率特性

5.2.1 比例環(huán)節(jié)

5.2.2 慣性環(huán)節(jié)

5.2.3 積分環(huán)節(jié)

5.2.4 理想微分環(huán)節(jié)

5.2.5 振蕩環(huán)節(jié)

5.2.6 一階微分環(huán)節(jié)

5.2.7 二階微分環(huán)節(jié)

5.2.8 延遲環(huán)節(jié)

5.3 系統(tǒng)開環(huán)頻率特性

5.3.1 最小相位系統(tǒng)

5.3.2 系統(tǒng)開環(huán)奈氏圖的繪制

5.3.3 系統(tǒng)開環(huán)伯德圖的繪制

5.3.4 傳遞函數(shù)實驗確定法

5.4 頻域穩(wěn)定性判據(jù)

5.4.1 奈奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)

5.4.2 對數(shù)頻率特性的穩(wěn)定性判據(jù)

5.4.3 穩(wěn)定性裕量

5.5 閉環(huán)控制系統(tǒng)的頻率特性

5.5.1 閉環(huán)系統(tǒng)頻率特性的求取

5.5.2 閉環(huán)系統(tǒng)的頻域指標

5.6 頻域指標與時域性能指標間的關系

5.6.1 閉環(huán)頻域指標與時域性能指標之間的關系

5.6.2 開環(huán)頻域指標與時域性能指標之間的關系

5.7 用系統(tǒng)開環(huán)頻率特性分析閉環(huán)系統(tǒng)性能

5.7.1 低頻段

5.7.2 中頻段

5.7.3 結(jié)論

5.8 基于MATLAB與SIMULINK的頻域特性分析

5.8.1 基于MATLAB的頻域特性分析

5.8.2 基于SIMULINK的頻域特性分析

習題

第6章 控制系統(tǒng)的設計和校正

6.1 概述

6.2 PID控制規(guī)律

6.2.1 P控制(比例控制)

6.2.2 PI控制(比例加積分控制)

6.2.3 PD控制(比例加微分控制)

6.2.4 PID控制(比例加積分加微分控制)

6.3 PID控制規(guī)律的實現(xiàn)

6.3.1 PD控制規(guī)律的實現(xiàn)

6.3.2 PI控制規(guī)律的實現(xiàn)

6.3.3 PID控制規(guī)律的實現(xiàn)

6.3.4 小結(jié)

6.4 頻率法設計和校正

6.4.1 PID校正網(wǎng)絡參數(shù)的確定

6.4.2 近似PID校正網(wǎng)絡的參數(shù)確定

6.5 并聯(lián)校正和復合控制

6.5.1 并聯(lián)校正(反饋校正)

6.5.2 復合控制

6.6 基于MATLAB與SIMULINK的控制系統(tǒng)設計與校正

6.6.1 基于MATLAB的控制系統(tǒng)設計與校正

6.6.2 基于SIMULINK的控制系統(tǒng)設計與校正

習題

第7章 線性離散系統(tǒng)與Z變換

7.1 概述

7.2 采樣過程與采樣定理

7.2.1 采樣過程

7.2.2 采樣定理

7.2.3 信號恢復

7.3 Z變換與Z反變換

7.3.1 Z變換

7.3.2 Z反變換

7.3.3 連續(xù)系統(tǒng)的離散化方程——差分方程

7.3.4 用Z變換法求解差分方程

7.4 脈沖傳遞函數(shù)

7.4.1 脈沖傳遞函數(shù)

7.4.2 離散系統(tǒng)的開環(huán)脈沖傳遞函數(shù)

7.4.3 離散系統(tǒng)的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)

7.4.4 閉環(huán)離散系統(tǒng)的過渡過程

7.5 離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析

7.5.1 [s]平面到[z]平面之間的映射

7.5.2 線性離散系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件

7.5.3 線性離散系統(tǒng)穩(wěn)定性的判別方法

7.6 數(shù)字控制器與離散PID控制

7.6.1 數(shù)字控制器的脈沖傳遞函數(shù)

7.6.2 離散PID控制器及其校正

7.7 基于SIMULINK的離散系統(tǒng)時域特性分析

習題

第8章 狀態(tài)空間分析法

8.1 狀態(tài)變量與狀態(tài)空間

8.2 連續(xù)系統(tǒng)的狀態(tài)方程及輸出方程

8.2.1 由系統(tǒng)微分方程列寫狀態(tài)方程及輸出方程

8.2.2 由系統(tǒng)狀態(tài)變量圖列寫狀態(tài)方程及輸出方程

8.2.3 由系統(tǒng)框圖直接列寫狀態(tài)方程及輸出方程

8.3 離散系統(tǒng)的狀態(tài)方程及輸出方程

8.3.1 作用函數(shù)不含未來值

8.3.2 作用函數(shù)含未來值

8.4 控制系統(tǒng)狀態(tài)方程的解

8.4.1 連續(xù)系統(tǒng)狀態(tài)方程的解

8.4.2 離散系統(tǒng)狀態(tài)方程的解

8.5 基于MATLAB與SIMULINK的系統(tǒng)狀態(tài)空間分析

8.5.1 基于MATLAB的系統(tǒng)狀態(tài)空間分析

8.5.2 基于SIMULINK的系統(tǒng)狀態(tài)空間分析

8.6 基于MATLAB的系統(tǒng)數(shù)學模型轉(zhuǎn)換

習題

第9章 控制系統(tǒng)的應用和分析

9.1 帶鋼卷取電液伺服控制系統(tǒng)

9.1.1 概述

9.1.2 控制系統(tǒng)的組成和工作原理

9.1.3 控制系統(tǒng)性能分析

9.2 電壓-轉(zhuǎn)角機電伺服控制系統(tǒng)

9.2.1 概述

9.2.2 控制系統(tǒng)的組成和工作原理

9.2.3 控制系統(tǒng)性能分析

*9.3 仿形刀架機液伺服控制系統(tǒng)

9.3.1 概述

9.3.2 控制系統(tǒng)的組成和工作原理

9.3.3 控制系統(tǒng)性能分析

*9.4 定量澆注氣動調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)

9.4.1 概述

9.4.2 控制系統(tǒng)的組成和工作原理

9.4.3 控制系統(tǒng)性能分析

附錄

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 矩陣運算

附錄D 基本的數(shù)值解法

附錄E 部分習題參考答案

參考文獻

“控制工程基礎（第三版）”數(shù)字課程

高等教育出版社

2019年2月

王積偉、吳振順

《控制工程基礎（第3版）習題解》

9787302221715

清華大學出版社

董景新、郭美鳳、陳志勇、劉云峰