控制工程基礎(chǔ)

內(nèi)容概要

　　《控制工程基礎(chǔ)》作為一門技術(shù)基礎(chǔ)課教材，在介紹控制理論的基本原理和基本概念的同時，以機(jī)械系統(tǒng)、電路系統(tǒng)為背景，闡明了控制理論在工程中的應(yīng)用。《控制工程基礎(chǔ)》的主要內(nèi)容包括數(shù)學(xué)基礎(chǔ)——拉普拉斯變換、傳遞函數(shù)、時間響應(yīng)分析、系統(tǒng)誤差分析、頻率特性分析、系統(tǒng)穩(wěn)定性分析和系統(tǒng)的校正設(shè)計。每章都給出應(yīng)用實例、MATALAB實現(xiàn)以及習(xí)題。　　《控制工程基礎(chǔ)》可作為機(jī)械類各專業(yè)大學(xué)本科學(xué)生的教材，也適于工程技術(shù)人員參考。

作者簡介

楊建璽，男，河南科技大學(xué)教授，博士，碩士研究生導(dǎo)師。2005年留學(xué)于澳大利亞昆士蘭科技大學(xué)。長期從事機(jī)械制造和計算機(jī)輔助外科設(shè)備方面的研究?，F(xiàn)任河南科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院副院長；中國振動工程學(xué)會機(jī)械動力學(xué)學(xué)會理事；中國機(jī)械工程學(xué)會高級會員；《中華醫(yī)學(xué)研究會雜志》專家編委會常務(wù)編委；《礦山機(jī)械》雜志審稿專家。

書籍目錄

前言第1章 緒論1.1 控制論概述1.2 控制系統(tǒng)的工作原理與組成1.2.1 工作原理1.2.2 控制系統(tǒng)的組成1.3 控制系統(tǒng)的分類與基本要求1.3.1 控制系統(tǒng)的分類1.3.2 控制系統(tǒng)的基本要求1.4 MATLAB語言簡介1.4.1 MATLAB的系統(tǒng)界面1.4.2 MATLAB數(shù)學(xué)運算1.4.3 MATLAB繪圖1.5 本課程的特點及要求習(xí)題第2章 數(shù)學(xué)基礎(chǔ)——拉普拉斯變換2.1 復(fù)數(shù)和復(fù)變函數(shù)2.1.1 復(fù)數(shù)的概念2.1.2 復(fù)數(shù)的表示法2.1.3 復(fù)變函數(shù)2.1.4 極點與零點概念2.2 拉氏變換2.2.1 拉氏變換定義2.2.2 典型時間函數(shù)的拉氏變換2.2.3 拉氏變換的性質(zhì)2.3 拉氏反變換及其數(shù)學(xué)方法2.3.1 拉氏反變換2.3.2 拉氏反變換的數(shù)學(xué)方法2.4 拉氏變換的應(yīng)用2.5 拉氏變換的MATLAB實現(xiàn)習(xí)題第3章 傳遞函數(shù)3.1 概述3.1.1 數(shù)學(xué)模型的概念3.1.2 線性系統(tǒng)與非線性系統(tǒng)3.2 系統(tǒng)微分方程的建立3.2.1 機(jī)械系統(tǒng)的微分方程3.2.2 電氣系統(tǒng)的微分方程3.2.3 系統(tǒng)元件間的負(fù)載效應(yīng)3.2.4 非線性微分方程的線性化3.3 傳遞函數(shù)3.3.1 傳遞函數(shù)的概念3.3.2 傳遞函數(shù)的零、極點3.3.3 典型環(huán)節(jié)及其傳遞函數(shù)3.4 系統(tǒng)框圖及簡化3.4.1 系統(tǒng)框圖的組成3.4.2 方框圖的繪制3.4.3 系統(tǒng)方框圖的簡化3.5 信號流圖與Mason公式3.5.1 信號流圖3.5.2 Mason公式3.6 應(yīng)用實例3.6.1 機(jī)床進(jìn)給傳動鏈3.6.2 汽車懸掛系統(tǒng)3.6.3 車削過程3.6.4 打印輪控制系統(tǒng)3.7系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的MATLAB實現(xiàn)3.7.1 傳遞函數(shù)模型3.7.2 零極點增益模型3.7.3 模型轉(zhuǎn)換3.7.4 動態(tài)結(jié)構(gòu)圖習(xí)題第4章 時間響應(yīng)分析4.1 時間響應(yīng)4.1.1 時間響應(yīng)的概念4.1.2 典型輸入信號4.2 一階系統(tǒng)的時間響應(yīng)4.2.1 一階系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型4.2.2 一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)4.2.3 一階系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)4.2.4 一階系統(tǒng)的單位斜坡響應(yīng)4.3 二階系統(tǒng)的時間響應(yīng)4.3.1 二階系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型4.3.2 二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)4.3.3 二階系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)4.4 高階系統(tǒng)的時間響應(yīng)4.5 瞬態(tài)響應(yīng)的性能指標(biāo)4.5.1 瞬態(tài)響應(yīng)的性能指標(biāo)4.5.2 二階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)指標(biāo)4.6 時間響應(yīng)的MATLAB實現(xiàn)習(xí)題第5章 系統(tǒng)誤差分析5.1 概述5.1.1 誤差與偏差5.1.2 系統(tǒng)的類型5.2 穩(wěn)態(tài)誤差的計算分析5.2.I靜態(tài)誤差系數(shù)與穩(wěn)態(tài)誤差5.2.2 擾動作用下的穩(wěn)態(tài)誤差習(xí)題第6章 頻率特性分析6.1 概述6.2 頻率響應(yīng)與頻率特性6.2.1 頻率響應(yīng)6.2.2 頻率特性6.2.3 頻率特性的求法6.2.4 頻率特性的特點6.2.5 頻率特性的表示方法6.3 頻率特性的極坐標(biāo)圖（Nyquist圖）6.3.1 極坐標(biāo)圖6.3.2 典型環(huán)節(jié)的極坐標(biāo)圖6.3.3 系統(tǒng)Nyquist圖的一般畫法6.4 頻率特性的對數(shù)坐標(biāo)圖（Bode圖）6.4.1 對數(shù)坐標(biāo)圖6.4.2 典型環(huán)節(jié)的Bode圖6.4.3 繪制系統(tǒng)Bode圖的步驟6.5 開環(huán)頻率特性對數(shù)坐標(biāo)圖的含義6.6 最小相位系統(tǒng)及頻域性能指標(biāo)6.6.1 最小相位系統(tǒng)的概念6.6.2 由Bode圖估計最小相位系統(tǒng)的傳遞函數(shù)6.6.3 頻域性能指標(biāo)6.7 頻率特性的MATLAB實現(xiàn)6.7.1 利用MATLAB繪制Nyquist圖6.7.2 利用MATLAB繪制Bode圖6.7.3 利用MATLAB求系統(tǒng)的頻域特征量習(xí)題第7章 系統(tǒng)穩(wěn)定性分析7.1 穩(wěn)定性概述7.2 Routh—Hurwitz穩(wěn)定性判據(jù)7.2.1 Routh穩(wěn)定性判據(jù)7.2.2 Hurwitz穩(wěn)定性判據(jù)7.3 Nyqtlist穩(wěn)定性判據(jù)7.3.1 基本原理7.3.2 Nyquist法判別系統(tǒng)的穩(wěn)定性舉例7.3.3 具有延時環(huán)節(jié)的系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析7.4 系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性7.4.1 相位裕量和幅值裕量7.4.2 條件穩(wěn)定系統(tǒng)7.5 應(yīng)用實例7.5.1 Routh—Hurwitz穩(wěn)定判據(jù)應(yīng)用實例7.5.2 Nyquist穩(wěn)定判據(jù)應(yīng)用實例7.5.3 相對穩(wěn)定性應(yīng)用實例7.6 穩(wěn)定性分析的MATLAB實現(xiàn)7.6.1 利用MR'TLAB求系統(tǒng)的特征根7.6.2 利用MA'TLAB中的函數(shù)直接求解思考題習(xí)題第8章 系統(tǒng)的校正設(shè)計8.1 概述8.1.1 系統(tǒng)的時域和頻域性能指標(biāo)8.1.2 校正的概念8.1.3 校正的類型8.2 串聯(lián)校正8.2.1 增益校正8.2.2 相位超前校正8.2.3 相位滯后校正8.2.4 相位滯后一超前校正8.3 并聯(lián)校正8.3.1 反饋校正8.3.2 順饋校正8.4 PID校正8.4.1 PD控制作用8.4.2 PI控制作用8.4.3 PID控制作用8.5 應(yīng)用實例8.5.1 電壓一轉(zhuǎn)角位置隨動系統(tǒng)8.5.2 直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)8.6 系統(tǒng)校正的MATLAB實現(xiàn)習(xí)題參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

第1章 緒論1.1 控制論概述控制論是自動控制、電子技術(shù)、計算機(jī)科學(xué)等多種學(xué)科相互滲透的產(chǎn)物，是在20世紀(jì)40年代醞釀形成的。控制論研究的是一個系統(tǒng)，這個系統(tǒng)可以是具體的一個執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如廁所馬桶的液面自動調(diào)節(jié)裝置、機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)等，也可以是一個工廠管理系統(tǒng)、人體自身控制系統(tǒng)等?？刂普撝饕芯肯到y(tǒng)的性能，包括靜態(tài)性能和動態(tài)性能，也就是研究系統(tǒng)的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性和快速性。自從有了人類社會，控制論的應(yīng)用就已經(jīng)開始了。因為人們總是根據(jù)眼睛等感覺器官將得到的信息反饋給大腦，從而指導(dǎo)手、腿等執(zhí)行器官完成計劃的工作。其實，人類社會的發(fā)展過程就是一個完整的控制系統(tǒng)改造過程。如圖1.1所示。人們?yōu)榱俗龀赡稠棶a(chǎn)品，首先在大腦中產(chǎn)生一個計劃，大腦指揮人體活動器官，通過手工作用在控制對象上，形成產(chǎn)品雛形，通過人體感覺器官將產(chǎn)品雛形反饋給大腦，大腦做出與原計劃差異的判斷，再指揮手進(jìn)行修正，直到完成滿意的產(chǎn)品為止。從這個過程我們可以看出，人參與了整個控制過程。人類社會的發(fā)展也是一個控制系統(tǒng)發(fā)展的過程。隨著社會文明的進(jìn)步，出現(xiàn)了石器時代，也就是控制對象是石器，而到了鐵器時代的時候，控制對象更新為鐵器，后來有了機(jī)器，由機(jī)器作為控制對象，這使人們得以大大減輕體力勞動，而測量工具仍是離線測量工具，由人眼測量到利用測量工具如直尺、千分尺等，這一切都僅僅是控制對象和系統(tǒng)中相應(yīng)的環(huán)節(jié)發(fā)生了改變，卻讓人類奮斗了上千年的時間。今天很多問題又進(jìn)一步得到解決。開始使用各種各樣的傳感器來替代人的感覺器官，使用計算機(jī)來替代人的大腦，可以說，人類社會的進(jìn)步實質(zhì)上就是逐步用機(jī)器、傳感器、電腦等將人從控制系統(tǒng)中解放出來。

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