控制工程基礎(chǔ)

前言

本教材是在董景新、趙長德、熊沈蜀、郭美鳳編著的《控制工程基礎(chǔ)（第2版）》的基礎(chǔ)上重新編寫的。從本書第1版正式出版以來，“控制工程基礎(chǔ)”課程已在全國各高等院校的機(jī)械類、儀器類等非控制專業(yè)普遍開設(shè)，清華大學(xué)等院校將該課程確定為機(jī)械學(xué)院平臺課，對教材的需求也穩(wěn)步增加。該教材第1版于1992年3月出版，11年的時間內(nèi)累計印刷11次，總印數(shù)達(dá)53000冊；第2版于2003年8月出版，需求量翻倍，5年時間印刷10次，總印數(shù)達(dá)到60000冊。隨著需求量的增加，我們深感責(zé)任的加重，促使我們對于教材的編寫精益求精，于是由目前在教學(xué)第一線的教師著手編寫了第3版教材。這次新版教材在原書的基礎(chǔ)上各章都做了或多或少的補(bǔ)充和修改。其中，主要的變動如下：①第2版第5章“控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析”中的乃奎斯特判據(jù)證明，由原來米哈伊洛夫定理作為引理改為采用映射定理證明，以更適應(yīng)當(dāng)前學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)，該部分由陳志勇完成；②第6章增加了干擾引起系統(tǒng)誤差的分析和解決方法的內(nèi)容，第9章“控制系統(tǒng)的非線性問題”增加了李雅普諾夫方法和計算機(jī)仿真方法的內(nèi)容，由董景新完成。③第10章“計算機(jī)控制系統(tǒng)”按照更加便于工程應(yīng)用的原則由李冬梅重寫；④第11章“MATLAB軟件工具在控制系統(tǒng)分析和綜合中的應(yīng)用”的內(nèi)容分散到各章，并做了較多的補(bǔ)充和擴(kuò)展，該部分由郭美鳳完成。全書由董景新整理統(tǒng)編。該教材廣泛參考了國內(nèi)外同類教材和其他有關(guān)文獻(xiàn)，保持并突出以下特點：（1）突出機(jī)械運(yùn)動作為主要受控對象，并對其數(shù)學(xué)模型和分析綜合重點研究；（2）對自動調(diào)節(jié)原理基本內(nèi)容表達(dá)清楚，著重基本概念的建立和解決機(jī)電控制問題的基本方法的闡明，并簡化或略去了與機(jī)電工程距離較遠(yuǎn)、較艱深的嚴(yán)格數(shù)學(xué)推導(dǎo)內(nèi)容；（3）引入和編寫了較多的例題和習(xí)題，便于學(xué)生自學(xué)；（4）反映機(jī)電一體化新技術(shù)和新分析方法。

內(nèi)容概要

本教材是在董景新、趙長德等編著的《控制工程基礎(chǔ)（第2版）》的基礎(chǔ)上，引入近年來相關(guān)內(nèi)容的發(fā)展重新編寫的，主要面向機(jī)械類、儀器類及其他非控制專業(yè)本科生，被列入普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材。主要內(nèi)容包括控制系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型、時域瞬態(tài)響應(yīng)分析、控制系統(tǒng)的頻率特性、控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析、控制系統(tǒng)的誤差分析和計算、控制系統(tǒng)的綜合與校正、根軌跡法、控制系統(tǒng)的非線性問題、計算機(jī)控制系統(tǒng)。該教材突出機(jī)械運(yùn)動作為主要控制對象，并對其數(shù)學(xué)模型和分析綜合重點作了介紹；著重基本概念的建立和解決機(jī)電控制問題的基本方法的闡明, 并簡化或略去了與機(jī)電工程距離較遠(yuǎn)、較艱深的嚴(yán)格數(shù)學(xué)推導(dǎo)內(nèi)容；引入和編寫了較多的例題和習(xí)題,便于自學(xué)。本教材融入了有關(guān)的機(jī)電一體化新技術(shù)和新分析方法，可供相關(guān)領(lǐng)域的科技人員參考。同時，為了配合本教材的使用，還制作了《控制工程基礎(chǔ)實驗指導(dǎo)》、教師用《控制工程基礎(chǔ)習(xí)題解》和多媒體課件，以供選用。

書籍目錄

1 概論  1.1 控制理論在工程中的應(yīng)用和發(fā)展　1.2 自動控制系統(tǒng)的基本概念　1.3 控制理論在機(jī)械制造工業(yè)中的應(yīng)用　1.4 課程主要內(nèi)容及學(xué)時安排　例題及習(xí)題2 控制系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型　2.1 基本環(huán)節(jié)數(shù)學(xué)模型　2.2 數(shù)學(xué)模型的線性化　2.3 拉氏變換及反變換　2.4 傳遞函數(shù)以及典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)　2.5 系統(tǒng)函數(shù)方塊圖及其簡化　2.6 系統(tǒng)信號流圖及梅遜公式　2.7 受控機(jī)械對象數(shù)學(xué)模型　2.8 繪制實際物理系統(tǒng)的函數(shù)方塊圖　2.9 控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的MATLAB實現(xiàn)　2.10 狀態(tài)空間方程的基本概念　例題及習(xí)題3 時域瞬態(tài)響應(yīng)分析　3.1 時域響應(yīng)以及典型輸入信號　3.2 一階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)　3.3 二階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)　3.4 時域分析性能指標(biāo)　3.5 高階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)　3.6 借助MATLAB進(jìn)行系統(tǒng)時間響應(yīng)分析　3.7 時域瞬態(tài)響應(yīng)的實驗方法　例題及習(xí)題4 控制系統(tǒng)的頻率特性　4.1 機(jī)電系統(tǒng)頻率特性的概念及其基本實驗方法　4.2 極坐標(biāo)圖　4.3 對數(shù)坐標(biāo)圖　4.4 由頻率特性曲線求系統(tǒng)傳遞函數(shù)　4.5 由單位脈沖響應(yīng)求系統(tǒng)的頻率特性　4.6 對數(shù)幅相特性圖　4.7 控制系統(tǒng)的閉環(huán)頻響　4.8 機(jī)械系統(tǒng)動剛度的概念　4.9 借助MATLAB進(jìn)行控制系統(tǒng)的頻域響應(yīng)分析　4.10 小結(jié)　例題及習(xí)題5 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析　5.1 系統(tǒng)穩(wěn)定性的基本概念　5.2 系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件　5.3 代數(shù)穩(wěn)定性判據(jù)　5.4 乃奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)　5.5 應(yīng)用乃奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)分析延時系統(tǒng)的穩(wěn)定性　5.6 由伯德圖判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性　5.7 控制系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性　5.8 借助MATLAB分析系統(tǒng)穩(wěn)定性　5.9 李雅普諾夫穩(wěn)定性方法　例題及習(xí)題6 控制系統(tǒng)的誤差分析和計算　6.1 穩(wěn)態(tài)誤差的基本概念　6.2 輸入引起的穩(wěn)態(tài)誤差　6.3 干擾引起的穩(wěn)態(tài)誤差　6.4 減小系統(tǒng)誤差的途徑　6.5 動態(tài)誤差系數(shù)　例題及習(xí)題7 控制系統(tǒng)的綜合與校正8 根軌跡法9 控制系統(tǒng)的非線性問題10 計算機(jī)控制系統(tǒng)附錄A 拉普拉斯變換表附錄B 高階最優(yōu)模型最佳頻比的證明習(xí)題參考答案參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：1 概論本章引導(dǎo)讀者走進(jìn)控制工程領(lǐng)域，主要介紹控制理論在工程中的應(yīng)用和發(fā)展、自動控制系統(tǒng)的基本概念以及控制理論在機(jī)械制造工業(yè)中的一些具體應(yīng)用；同時也介紹本書的主要內(nèi)容以及作為教材的講授學(xué)時安排建議。1.1 控制理論在工程中的應(yīng)用和發(fā)展控制理論是在產(chǎn)業(yè)革命的背景下，在生產(chǎn)和軍事需求的刺激下，自動控制、電子技術(shù)、計算機(jī)科學(xué)等多種學(xué)科相互交叉發(fā)展的產(chǎn)物。控制論的奠基人美國科學(xué)家維納（Wiener N.）從1919年開始萌發(fā)了控制論的思想，1940年提出了數(shù)字電子計算機(jī)設(shè)計的5點建議。第二次世界大戰(zhàn)期間，維納參加了火炮自動控制的研究工作，他把火炮自動打飛機(jī)的動作與人狩獵的行為做了對比，并且提煉出了控制理論中最基本和最重要的反饋概念。他提出，準(zhǔn)確控制的方法可以把運(yùn)動結(jié)果所決定的量，作為信息再反饋回控制儀器中，這就是著名的負(fù)反饋概念。駕駛車輛也是由人參與的負(fù)反饋調(diào)節(jié)著。人們不是盲目地按著預(yù)定不變的模式來操縱車上的駕駛盤，而是發(fā)現(xiàn)靠左了，就向右邊做一個修正，反之亦然。因此他認(rèn)為，目的性行為可以引作反饋，可以把目的性行為這個生物所特有的概念賦予機(jī)器。于是，維納等在1943年發(fā)表了《行為，目的和目的論》。同時，火炮自動控制的研制獲得成功，這些是控制論萌芽的重要實物標(biāo)志。1948年，維納所著《控制論》的出版，標(biāo)志著這門學(xué)科的正式誕生。20世紀(jì)50年代以后，一方面在控制理論的指導(dǎo)下，火炮及導(dǎo)彈控制技術(shù)極大地發(fā)展，數(shù)控、電力、冶金自動化技術(shù)突飛猛進(jìn)；另一方面在自動控制裝備的需求和發(fā)展的基礎(chǔ)上，控制理論也不斷向縱深發(fā)展。1l954年，我國科學(xué)家錢學(xué)森在美國運(yùn)用控制論的思想和方法，用英文出版了《工程控制論》，首先把控制論推廣到工程技術(shù)領(lǐng)域。接著短短的幾十年里，在各國科學(xué)家和科學(xué)技術(shù)人員的努力下，又相繼出現(xiàn)了生物控制論、經(jīng)濟(jì)控制論和社會控制論等，控制理論已經(jīng)滲透到各個領(lǐng)域，并伴隨著其他科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，極大地改變了整個世界。

編輯推薦

《控制工程基礎(chǔ)》是董景新編寫的，由清華大學(xué)出版社出版。

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