控制工程基礎(chǔ)（第三版）

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(kāi)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(hào)的性質(zhì)分類

1.3 對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求

1.4 控制工程發(fā)展概況

習(xí)題

第2章 數(shù)學(xué)模型

2.1 控制系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)微分方程

2.1.1 建立數(shù)學(xué)模型的一般步驟

2.1.2 控制系統(tǒng)微分方程的列寫(xiě)

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(yīng)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(diǎn)和極點(diǎn)

2.3.3 關(guān)于傳遞函數(shù)的幾點(diǎn)說(shuō)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(hào)流圖

2.4.1 系統(tǒng)框圖

2.4.2 系統(tǒng)框圖的簡(jiǎn)化

2.4.3 系統(tǒng)信號(hào)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(xué)模型的線性化

2.5.1 線性化問(wèn)題的提出

2.5.2 非線性數(shù)學(xué)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(dǎo)舉例

2.6.1 機(jī)械系統(tǒng)

2.6.2 液壓系統(tǒng)

2.6.3 液位系統(tǒng)

2.6.4 機(jī)電系統(tǒng)

2.6.5 熱力系統(tǒng)

習(xí)題

第3章 時(shí)域分析法

3.1 典型輸入信號(hào)

3.2 一階系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)

3.2.1 一階慣性環(huán)節(jié)的單位階躍響應(yīng)

3.2.2 一階慣性環(huán)節(jié)的單位速度響應(yīng)

3.2.3 一階慣性環(huán)節(jié)的單位脈沖響應(yīng)

3.2.4 線性定常系統(tǒng)時(shí)間響應(yīng)的性質(zhì)

3.3 二階系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)

3.3.1 二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)

3.3.2 二階系統(tǒng)的性能指標(biāo)

3.4 高階系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)

3.5 誤差分析和計(jì)算標(biāo)有“*”的章節(jié)供多學(xué)時(shí)專業(yè)或?qū)W生自學(xué)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(jì)算

3.5.3 穩(wěn)態(tài)誤差系數(shù)

3.5.4 擾動(dòng)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(shí)域特性分析

3.7.1 基于MATLAB的時(shí)域特性分析

3.7.2 基于SIMULINK的時(shí)域特性分析

習(xí)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(kāi)、閉環(huán)零、極點(diǎn)之間的關(guān)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(yù)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(diǎn)的期望位置

4.3.2 增加開(kāi)環(huán)零、極點(diǎn)對(duì)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(xí)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(yīng)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(kāi)環(huán)頻率特性

5.3.1 最小相位系統(tǒng)

5.3.2 系統(tǒng)開(kāi)環(huán)奈氏圖的繪制

5.3.3 系統(tǒng)開(kāi)環(huán)伯德圖的繪制

5.3.4 傳遞函數(shù)實(shí)驗(yàn)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(duì)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(biāo)

5.6 頻域指標(biāo)與時(shí)域性能指標(biāo)間的關(guān)系

5.6.1 閉環(huán)頻域指標(biāo)與時(shí)域性能指標(biāo)之間的關(guān)系

5.6.2 開(kāi)環(huán)頻域指標(biāo)與時(shí)域性能指標(biāo)之間的關(guān)系

5.7 用系統(tǒng)開(kāi)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(xí)題

第6章 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)

6.3.1 PD控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)

6.3.2 PI控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)

6.3.3 PID控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)

6.3.4 小結(jié)

6.4 頻率法設(shè)計(jì)和校正

6.4.1 PID校正網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的確定

6.4.2 近似PID校正網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)確定

6.5 并聯(lián)校正和復(fù)合控制

6.5.1 并聯(lián)校正(反饋校正)

6.5.2 復(fù)合控制

6.6 基于MATLAB與SIMULINK的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與校正

6.6.1 基于MATLAB的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與校正

6.6.2 基于SIMULINK的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與校正

習(xí)題

第7章 線性離散系統(tǒng)與Z變換

7.1 概述

7.2 采樣過(guò)程與采樣定理

7.2.1 采樣過(guò)程

7.2.2 采樣定理

7.2.3 信號(hào)恢復(fù)

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(kāi)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(guò)渡過(guò)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(shí)域特性分析

習(xí)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(xiě)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(xiě)狀態(tài)方程及輸出方程

8.2.3 由系統(tǒng)框圖直接列寫(xiě)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(lái)值

8.3.2 作用函數(shù)含未來(lái)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(xué)模型轉(zhuǎn)換

習(xí)題

第9章 控制系統(tǒng)的應(yīng)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(jī)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(jī)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(dòng)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(yùn)算

附錄D 基本的數(shù)值解法

附錄E 部分習(xí)題參考答案

參考文獻(xiàn)

“控制工程基礎(chǔ)（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

主編

王積偉、吳振順

參編

王樹(shù)新、王振波、呂衛(wèi)陽(yáng)、許飛云、張健成

主審

西安交通大學(xué)博士生導(dǎo)師何鉞教授

參審

清華大學(xué)騰云鶴教授、北京工業(yè)大學(xué)薛文賢教授

盧廣

盧廣

李衛(wèi)青

童丹

于博

張薇

趙義民

《控制工程基礎(chǔ)（第3版）習(xí)題解》

9787302221715

清華大學(xué)出版社

董景新、郭美鳳、陳志勇、劉云峰