本书是“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材。
本书淡化经典控制与现代控制的界限,突出方法论,点阐述共性问题,适应拓宽专业口径的需要。
本书不苛求严格的数学推导,而是从直观的物理概念出发去分析问题、解决问题。
本书注重控制理论在工程中的应用,除每章中机、电、液、气方面的案例,还专门增加一章内容用以介绍控制理论在工程中应用的成功案例。本书还介绍了MATLAB与SIMULINK等软件分析和设计系统。 本书共分9章,第1章控制系统的基本概念,第2章数学模型,第3章时域分析法,第4章根轨迹分析法,第5章频域分析法,第6章控制系统的分析与校正,第7章线性离散系统,第8章状态空间分析法,第9章控制系统的应用于分析。每章末均附有一定量的习题。附录部分分别为常用函数的拉氏变换和Z变换、Z变换基本定理、矩阵运算、基本的数值解法及习题参考答案。
本书可作为高等学校机械专业控制工程基础课程的教材,也可供有关工程技术人员参考。
本书是“十五”、“十一五”和“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材,2011年度普通高等教育精品教材,机械设计制造及其自动化专业系列教材之一,也是教育部新世纪网络课程的主要参考书。
本书第二版自2010年出版以来,受到广大读者的普遍欢迎,先后重印11次,被众多高校选为教材,并用作考研主要参考书。
进入新时代,为加快建设制造强国,加快发展先进制造业,推动互联网、大数据、人工智能和实体经济深度融合,需要培养造就一大批具有国际水平的战略科技人才、科技领军人才、青年科技人才,并要求科技人员瞄准世界科技前沿,强化基础研究,实现引领性原创成果重大突破。近五年来,互联网+、大数据、云计算、人工智能等新科技不断涌现和广泛应用,控制理论和控制工程也有了相应的长足发展。教育改革的不断深入,对控制工程基础这门课程的教材提出了更高的要求。因此,为适应科技高速发展的新形势以及教学的需要,对本书进行再次修订是完全必要的。
本次修订工作是在广泛听取一线授课教师和广大读者的意见和建议的基础上,并借鉴国内、外同类优秀教材的长处而展开的。
修订工作侧重以下几方面:
1)因考虑多数高校对控制工程基础课程的教学安排一般在48学时左右,为节省篇幅,前两版没有编入“根轨迹分析法”的内容。本次修订补充了“根轨迹分析法”,并将其列为第4章,以使本书的体系更为完整。
2)为保持全书章节的平衡协调,对原第7章状态空间分析法进行适当“瘦身”,删除部分繁杂内容。
3)更新了书中一些陈旧内容,补充了若干新的应用实例和习题。
本次修订工作由东南大学王积伟全面主持完成,东南大学许飞云也参加了部分修订(第4章)。
由于作者水平所限,书中仍难免存在错误和疏漏之处,恳请广大读者指正。
第1章 控制系统的基本概念
1.1 控制系统的工作原理及其组成
1.1.1 工作原理
1.1.2 开环控制和闭环控制
1.1.3 闭环控制系统的组成
1.2 控制系统的基本类型
1.2.1 按输入量的特征分类
1.2.2 按系统中传递信号的性质分类
1.3 对控制系统的基本要求
1.4 控制工程发展概况
习题
第2章 数学模型
2.1 控制系统的运动微分方程
2.1.1 建立数学模型的一般步骤
2.1.2 控制系统微分方程的列写
2.2 拉氏变换和反变换
2.2.1 拉氏变换的定义
2.2.2 几种典型函数的拉氏变换
2.2.3 拉氏变换的主要定理
2.2.4 拉氏反变换
2.2.5 应用拉氏变换求解线性微分方程
2.3 传递函数
2.3.1 传递函数的概念和定义
2.3.2 特征方程、零点和极点
2.3.3 关于传递函数的几点说明
2.3.4 典型环节及其传递函数
2.4 系统框图和信号流图
2.4.1 系统框图
2.4.2 系统框图的简化
2.4.3 系统信号流图和梅森公式
2.4.4 控制系统的传递函数
*2.5 非线性数学模型的线性化
2.5.1 线性化问题的提出
2.5.2 非线性数学模型的线性化
2.5.3 系统线性化微分方程的建立
2.6 控制系统传递函数推导举例
2.6.1 机械系统
2.6.2 液压系统
2.6.3 液位系统
2.6.4 机电系统
2.6.5 热力系统
习题
第3章 时域分析法
3.1 典型输入信号
3.2 一阶系统的时间响应
3.2.1 一阶惯性环节的单位阶跃响应
3.2.2 一阶惯性环节的单位速度响应
3.2.3 一阶惯性环节的单位脉冲响应
3.2.4 线性定常系统时间响应的性质
3.3 二阶系统的时间响应
3.3.1 二阶系统的单位阶跃响应
3.3.2 二阶系统的性能指标
3.4 高阶系统的时间响应
3.5 误差分析和计算
3.5.1 稳态误差的基本概念
3.5.2 稳态误差的计算
3.5.3 稳态误差系数
3.5.4 扰动引起的稳态误差和系统总误差
3.6 稳定性分析
3.6.1 稳定的概念
3.6.2 稳定的条件
3.6.3 劳思稳定判据
3.7 基于MATLAB与SIMULINK的时域特性分析
3.7.1 基于MATLAB的时域特性分析
3.7.2 基于SIMULINK的时域特性分析
习题
……
第4章 根轨迹分析法
第5章 频域分析法
第6章 控制系统的设计和校正
第7章 线性离散系统与变换
第8章 状态空间分析法
第9章 控制系统的应用和分析
附录
参考文献