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本书介绍控制理论的基本原理及基本知识，以及其在机械工程中的应用。内容包括机械工程控制的基本概念、控制系统的数学模型、控制系统的时域分析法、控制系统的频域分析法、控制系统的校正与工程设计、离散控制系统、MATLAB/Simulink在控制工程中的应用等，每章都备有学习要点、本章小结及习题。读者对象：本书力求简明易懂，实用性强，可作为普通高等学校机械工程类专业，特别是机械设计制造及其自动化专业的本科、专科教材，也可供有关教师与工程技术人员作为参考资料。

目    录
第1章  绪论	（1）
1.1  机械工程控制概述	（1）
1.1.1  控制理论与机械工程控制	（1）
1.1.2  机械工程控制论的研究对象与任务	（2）
1.2  控制系统的分类及组成	（4）
1.2.1  控制系统的几种分类	（4）
1.2.2  控制系统的基本组成	（7）
1.3  控制系统的基本要求	（8）
1.4  控制工程的发展与应用	（9）
1.4.1  自动控制的发展阶段	（9）
1.4.2  控制理论在机械制造发展中的应用	（11）
1.5  本教材的结构体系	（12）
本章小结	（12）
习题	（13）
第2章  控制系统的数学模型	（16）
2.1 系统的数学模型	（16）
2.1.1  系统的数学模型及分类	（16）
2.1.2  列写系统数学模型的一般方法	（17）
2.2  系统的微分方程	（17）
2.2.1  列写微分方程的一般步骤	（17）
2.2.2  典型系统的微分方程	（18）
2.3  系统的传递函数	（21）
2.3.1  传递函数的基本概念	（22）
2.3.2  系统的特征方程、零点和极点及复域特征	（23）
2.3.3  典型环节的传递函数	（24）
2.3.4  系统传递函数的几个问题	（32）
2.4  系统的传递函数方框图	（34）
2.4.1  控制系统数学模型图形化的优点	（34）
2.4.2  方框图的结构要素及建立	（35）
2.4.3  传递函数方框图的等效变换	（39）
2.4.4  复杂传递函数方框图化简与直接列写	（41）
2.4.5  输入和干扰同时作用下的系统传递函数	（43）
2.5  控制系统职能框图到传递函数框图的转化	（45）
本章小结	（49）
习题	（49）

第3章  控制系统的时域分析法	（53）
3.1  系统响应的构成和系统动态特性的时域特征	（53）
3.1.1  时间响应及组成	（53）
3.1.2  典型输入信号	（55）
3.2  控制系统时域动态性能分析	（58）
3.2.1  控制系统时域分析的基本方法及步骤	（58）
3.2.2  一阶系统的时间响应	（58）
3.2.3  二阶系统的时间响应	（61）
3.2.4  控制系统的时域性能指标及计算	（65）
3.2.5  高阶系统的时域分析	（73）
3.3  控制系统稳定性时域分析	（76）
3.3.1  系统稳定性的概念	（76）
3.3.2  线性系统稳定性的充分必要条件	（76）
3.3.3  劳斯（Routh）稳定性判据	（78）
3.4  控制系统误差时域分析及计算	（81）
3.4.1  系统的误差与偏差	（82）
3.4.2  系统的稳态误差与稳态偏差	（82）
3.4.3  系统的型次与偏差系数	（83）
3.4.4  扰动作用下的稳态误差	（87）
3.4.5  提高系统稳态精度的措施	（88）
本章小结	（90）
习题	（90）
第4章  控制系统的频域分析法	（95）
4.1  频域特性的基本概念	（95）
4.1.1  频率特性	（95）
4.1.2  对数频率特性	（98）
4.2  典型环节及一般系统的频率特性	（100）
4.3  频率特性的性能指标	（110）
4.4  Nyquist和Bode稳定判据	（112）
4.4.1  幅角原理	（112）
4.4.2  Nyquist稳定判据	（113）
4.4.3  原点为开环极点时的Nyquist判据	（114）
4.4.4  根据Bode图判断系统的稳定性	（116）
4.5  控制系统的相对稳定性	（117）
本章小结	（120）
习题	（120）
第5章  控制系统校正与工程设计	（123）
5.1  控制系统的设计与校正概述	（123）
5.1.1  校正的概念	（123）
5.1.2  校正的方式	（124）
 
5.1.3  校正装置	（124）
5.2  控制系统的设计指标要求	（125）
5.2.1  控制系统时频性能指标及误差准则	（125）
5.2.2  频域性能指标与时域性能指标的关系	（128）
5.2.3  系统设计与校正的一般原则	（132）
5.3  串联校正	（133）
5.3.1相位超前校正	（133）
5.3.2  相位滞后校正	（137）
5.3.3  相位滞后-超前校正	（140）
5.4  并联校正	（143）
5.4.1  反馈校正	（143）
5.4.2  顺馈校正	（145）
5.5  PID校正	（145）
5.5.1  PID控制规律	（146）
5.5.2  PID控制器类型	（146）
5.5.3  PID控制器设计	（149）
5.6  控制系统的工程设计实例	（153）
本章小结	（158）
习题	（159）
第6章  离散控制系统	（162）
6.1  离散控制系统概述	（162）
6.1.1  采样控制系统与数字控制系统	（162）
6.1.2  A/D转换器与D/A转换器	（163）
6.1.3  离散控制系统的特点	（164）
6.2  信号采样与采样定理	（165）
6.2.1  信号采样	（165）
6.2.2  采样定理	（166）
6.2.3  采样信号的保持	（167）
6.3  离散控制系统的数学模型-差分方程	（169）
6.3.1  线性常系数差分方程	（169）
6.3.2  差分方程的解法	（170）
6.4  离散控制系统的传递函数	（171）
6.4.1  脉冲传递函数的定义与求解	（171）
6.4.2  脉冲传递函数的建立	（172）
6.5  离散控制系统分析	（174）
6.5.1  离散控制系统稳定性分析	（174）
6.5.2  离散控制系统动态性能分析	（178）
6.5.3  离散控制系统稳态性能分析	（180）
本章小结	（182）
习题	（183）
第7章  MATLAB/Simulink在控制工程中的应用	（185）
7.1  MATLAB/Simulink软件简介	（185）
7.1.1  MATLAB工具箱及操作	（185）
7.1.2  Simulink模块库及建模	（186）
7.2  数学模型的MATLAB/Simulink实现	（187）
7.3  基于MATLAB/Simulink的时间响应分析	（189）
7.4  基于MATLAB/Simulink的频域分析	（192）
7.5  基于MATLAB/Simulink的系统校正	（194）
7.5.1  控制系统的Bode图校正	（195）
7.5.2  控制系统的PID校正	（197）
7.6  基于MATLAB/Simulink的离散系统分析与校正	（203）
7.6.1  连续系统的离散化	（203）
7.6.2  离散系统的单位阶跃响应	（204）
7.6.3  离散系统的频域响应	（205）
本章小结	（206）
习题	（206）
附录A  主要符号说明	（208）
附录B  Laplace变换法	（209）
B.1  Lalpace变换的定义	（209）
B.2  典型函数的Laplace变换	（209）
B.3  Laplace变换的主要定理	（212）
B.4  Laplace逆变换	（214）
附录C  Z变换与Z反变换	（218）
C.1  Z变换的定义	（218）
C.2  Z变换求法	（219）
C.3  Z变换的基本定理	（220）
C.4  Z反变换	（221）

前    言
随着现代科学和计算机技术的迅猛发展，控制理论应用于机械工程的重要性日益明显，并取得了很大发展。工程控制论所提供的理论和方法，愈来愈多地成为科技工作者分析和解决问题的有效手段，也成为机械工程类专业的重要基础理论之一。本书可作为普通高等学校机械工程类专业，特别是机械设计制造及其自动化专业的本科、专科教材，也可供相关教师与工程技术人员参考。
本书力求内容翔实，体系新颖，突出基础性、实用性、综合性和先进性。在编写过程中力求体现如下思路和特点：按认知规律编排教材内容和重难点布局，注重课程内容衔接与交叉引用，注重概念及工程性；全书围绕工程设计的基本要求“快速性、稳定性、准确性”开展系统分析与校正；坚持“系统”和“动态”两个观点，将分析研究的对象抽象为系统，运用控制理论的方法，解决机械工程中的稳态和动态实际问题；贯彻“时域”和“频域”两条分析主线，分别从时频两方面对系统性能进行分析和校正；注重控制工程仿真分析，强调MATLAB/Simulink建模仿真分析及优化。本书在文字叙述上力求深入浅出、循序渐进；在内容安排上既注意基础理论的系统阐述，同时也考虑到工程技术人员的实际需要，在介绍各种控制原理和方法时尽可能具体和实用。
本书介绍了机械工程控制的基本理论和基本方法。全书共7章，第1章绪论介绍机械工程控制的基本概念和本书结构体系与学习方法，第2章介绍控制系统的数学模型，第3章介绍控制系统的时域分析法，第4章介绍控制系统的频域分析法，第5章介绍控制系统的校正与工程设计，第6章介绍离散控制系统，第7章介绍MATLAB/Simulink在控制工程中的应用。全书在各章都备有学习要点、本章小结及习题，供读者参考练习。本书附录提供了全书主要符号说明和Laplace变换法与Z变换法，供读者参考。
本书由三峡大学曾孟雄、张屹、赵千惠和常州工学院刘春节共同编写。本书第1～3章和第5章的第6节由曾孟雄编写；第4章由张屹编写；第5、6章由刘春节和编写；第7章由赵千惠编写。本书由三峡大学教材建设基金资助，全书由曾孟雄整理定稿，三峡大学方子帆、张发军审阅了全书书稿。
由于编者水平有限，书中难免存在错误和疏漏之处，恳请广大读者批评指正。


编  者

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