控制工程基礎(chǔ)（第4版）習(xí)題解

該習(xí)題解是配合董景新、趙長德、郭美鳳、陳志勇、劉云峰、李東峰編著的普通高等教育“十二五”普通高等教育國家級(jí)規(guī)劃教材《控制工程基礎(chǔ)》（第4版）編印的。該習(xí)題解是《控制工程基礎(chǔ)》精品教材立體配套的一部分，對(duì)于新教材各章后的習(xí)題全部提供解答過程，以便教師和學(xué)生自學(xué)參考。

1概論1

2控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型5

3時(shí)域瞬態(tài)響應(yīng)分析27

4控制系統(tǒng)的頻率特性46

5控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析63

6控制系統(tǒng)的誤差分析和計(jì)算81

7控制系統(tǒng)的綜合與校正92

8根軌跡法109

9控制系統(tǒng)的非線性問題117

10計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)131

附錄A課程考試樣題及解答149

主要參考文獻(xiàn)1562100433B

本書是在《控制工程基礎(chǔ)(第3版)習(xí)題解》基礎(chǔ)上編寫而成的，主要是配合董景新、趙長德等編著的《控制工程基礎(chǔ)(第4版)》教材(該教材被列為“十二五”普通高等教育本科國家級(jí)規(guī)劃教材)，與該教材各章后的習(xí)題相對(duì)應(yīng)。該習(xí)題解對(duì)教材各章后的習(xí)題均做了較為詳細(xì)的解答。內(nèi)容包括:概論、控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型、時(shí)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(jì)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(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。

該書可供機(jī)械類、儀器類及其他非控制專業(yè)的師生參考，還可供相關(guān)科研和工程技術(shù)人員自學(xué)參考。

該教材是在董景新、趙長德、郭美鳳、陳志勇、李冬梅編著的《控制工程基礎(chǔ)》第3版的基礎(chǔ)上重新編寫的?！犊刂乒こ袒A(chǔ)》第3版自2009年6月正式出版已五年多。自第1、2、3版教材相繼出版以來，該教材隨著“控制工程基礎(chǔ)”課程在全國各高等院校的機(jī)械類、儀器類等非控制專業(yè)逐漸普遍開設(shè)，以及本教材聲譽(yù)的不斷提升，對(duì)教材的需求量也穩(wěn)步增加。自出版以來根據(jù)需求該教材多次重新印刷，第1版11年時(shí)間累計(jì)印刷11次，總印數(shù)達(dá)53000冊(cè)；第2版5年多時(shí)間累計(jì)印刷10次，總印數(shù)達(dá)60000冊(cè)；第3版不到5年時(shí)間就累計(jì)12次印刷，總印數(shù)已達(dá)62500冊(cè)。

本課程相繼被評(píng)為清華大學(xué)、北京市和國家級(jí)精品課程，國家級(jí)精品資源共享課；清華大學(xué)等院校也將本課程確定為機(jī)械學(xué)院平臺(tái)課。除本校使用該教材外，另有約100所兄弟院校的儀器儀表類和機(jī)械類專業(yè)將我們編著的教材選為使用教材和研究生入學(xué)考試參考書。隨著需求量的增加，我們深感責(zé)任的加重，促使我們對(duì)于教材的編寫精益求精、與時(shí)俱進(jìn)，于是由目前在教學(xué)第一線的教師進(jìn)一步編寫了第4版教材。

第4版教材在以前各版的基礎(chǔ)上各章都作了或多或少的補(bǔ)充和修改。鑒于LabVIEW是更加直觀方便的圖形化程序編譯平臺(tái)，在控制工程中得到越來越多的應(yīng)用，增加了LabVIEW工具在控制工程應(yīng)用的內(nèi)容，獨(dú)立成章，該章節(jié)由劉云峰副教授完成。該章介紹了借助LabVIEW，進(jìn)行控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模、時(shí)間響應(yīng)分析、頻域響應(yīng)分析、系統(tǒng)穩(wěn)定性分析和系統(tǒng)綜合校正設(shè)計(jì)等。同時(shí)，為了方便更好地理解掌握教材其他章節(jié)論述的概念和方法，特基于LabVIEW設(shè)計(jì)編寫了配合教材使用的控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真、分析、演示軟件，不僅可以完成對(duì)控制系統(tǒng)在時(shí)域和頻域進(jìn)行特性仿真分析，還可以動(dòng)態(tài)地分析和演示控制系統(tǒng)中不同參數(shù)及參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)特性的影響。

另外，根據(jù)實(shí)際工程和科研的基本需求和多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，在各章節(jié)內(nèi)容論述上力求概念表達(dá)清楚準(zhǔn)確，加強(qiáng)對(duì)問題的歸納說明，同時(shí)也適當(dāng)增加了一些諸如內(nèi)模原理和內(nèi)模控制簡要介紹的內(nèi)容。

全書由董景新教授整理統(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(diǎn):第4版前言控制工程基礎(chǔ)（第4版）(1) 突出機(jī)械運(yùn)動(dòng)作為主要受控對(duì)象，并對(duì)其數(shù)學(xué)模型和分析綜合重點(diǎn)研究;

(2) 對(duì)自動(dòng)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) 引入和編寫較多的例題與習(xí)題，便于自學(xué);

(4) 反映機(jī)電一體化新技術(shù)和新分析方法。

對(duì)于屬于該書領(lǐng)域的非基本內(nèi)容，但在本領(lǐng)域文獻(xiàn)中時(shí)有出現(xiàn)的較為繁難的部分，該教材中也作了一定介紹，其有關(guān)章節(jié)前注以“”號(hào)。

在有關(guān)LabVIEW章節(jié)的編寫中，得到NI公司中國區(qū)劉洋工程師在實(shí)驗(yàn)設(shè)備和技術(shù)方面的支持幫助，并提供了部分素材，在此致謝！

該教材的編寫得到了國家高等教育精品課建設(shè)項(xiàng)目、北京市高等教育精品教材建設(shè)項(xiàng)目和清華大學(xué)精品課建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)的支持，納入985清華大學(xué)名優(yōu)教材立項(xiàng)資助，在此表示衷心感謝。

編者2014年10月

• 配套教材

該教材配有輔助教材《控制工程基礎(chǔ)（第3版）習(xí)題解》《控制工程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)》和教師用《控制工程基礎(chǔ)習(xí)題解》。

• 課程資源

該教材還配有和多媒體課件。

控制工程基礎(chǔ)（第3版）修訂情況

該教材是在董景新、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。

該教材被納入普通高等教育“十一五”國家級(jí)規(guī)劃教材，得到了國家高等教育精品課建設(shè)項(xiàng)目、北京市高等教育精品教材建設(shè)項(xiàng)目和清華大學(xué)精品課建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)的資助。

該教材在原書的基礎(chǔ)上各章都做了補(bǔ)充和修改。其中，主要的變動(dòng)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(shí)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(jì)算機(jī)仿真方法的內(nèi)容，由董景新完成。③第10章“計(jì)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。該教材參考了中國國內(nèi)外同類教材和其他有關(guān)文獻(xiàn)。

控制工程基礎(chǔ)（第3版）出版工作

2009年6月1日，該教材由清華大學(xué)出版社出版；2014年4月，由清華大學(xué)出版社重印。