本书根据目前机械工程控制系统理论的发展趋势,参考国内外同类教材改革的经验,结合编者多年来在教学实践中积累的经验编写完成。 全书共8章:第1章为绪论,是对机械工程控制基础做概要介绍,着重阐明反馈控制原理这个核心控制思想;第2章为拉普拉斯变换的数学方法,是学习本书内容必需的数学基础;第3章结合力学、电学基础,通过大量的例题详细说明建立系统微分方程、传递函数、方框图、信号流图的方法;第4~6章围绕控制系统的分析方法,主要讲述了控制系统的时域响应、频域分析、根轨迹分析及控制系统的稳态误差;第7章着重介绍控制系统的校正与设计;第8章结合MATLAB/Simulink,介绍了控制系统建模、时域分析、频域分析和根轨迹分析的仿真方法。 本书穿插了大量的例题,题型丰富,可加深读者对知识点的理解;课程内容编排实用,配套练习丰富,适合读者自主学习。 本书可作为高等院校机械工程、机械设计制造及其自动化、机械电子工程等专业的本科教材,也可作为相关工程技术人员的参考用书。

第1章绪论001 1.1机械工程的发展与控制理论的应用001 1.2控制系统的组成003 1.3机械工程控制系统的基本结构及工作原理004 1.3.1机械装置产生的自动控制作用004 1.3.2工作台位置自动控制系统006 1.4自动控制系统的分类010 1.4.1开环控制系统和闭环控制系统010 1.4.2伺服控制系统、定值控制系统和程序控制系统013 1.4.3控制系统的其他类型014 1.5对自动控制系统的基本要求015 第2章拉普拉斯变换的数学方法016 2.1复数和复变函数016 2.1.1复数的概念016 2.1.2复数的表示法016 2.1.3复变函数、极点与零点的概念017 2.2拉氏变换与拉氏反变换的定义018 2.2.1拉氏变换018 2.2.2拉氏反变换018 2.3典型时间函数的拉氏变换019 2.3.1单位阶跃函数019 2.3.2单位脉冲函数020 2.3.3单位斜坡函数020 2.3.4指数函数020 2.3.5正弦函数020 2.3.6余弦函数021 2.3.7幂函数021 2.4拉氏变换的性质和定理022 2.4.1线性性质022 2.4.2延时性质——实数域的位移022 2.4.3位移性质——复数域的位移023 2.4.4周期函数的拉氏变换023 2.4.5相似定理024 2.4.6微分定理025 2.4.7积分定理026 2.4.8初值定理028 2.4.9终值定理028 2.4.10卷积定理029 2.5拉氏反变换的数学方法031 2.6拉氏变换在解常微分方程中的应用035 第3章控制系统的数学模型037 3.1概述037 3.1.1数学模型的概念038 3.1.2线性系统与非线性系统038 3.2系统微分方程的建立039 3.2.1建立微分方程的一般步骤039 3.2.2小偏差法线性化原理与负载效应040 3.2.3典型系统的微分方程列写043 3.2.4相似系统045 3.3传递函数046 3.3.1传递函数的定义046 3.3.2传递函数的零点、极点和放大系数049 3.3.3传递函数的典型环节049 3.4系统方框图056 3.4.1系统方框图的定义056 3.4.2方框图的组成及其等效变换057 3.4.3绘制系统方框图及求传递函数的步骤064 3.5信号流图与梅森增益公式066 3.5.1信号流图的概念与组成067 3.5.2信号流图的运算法则068 3.5.3信号流图的绘制方法068 3.5.4梅森增益公式073 3.6系统的状态空间描述074 3.6.1状态空间基本概念074 3.6.2状态空间表达式074 3.6.3状态空间表达式的建立077 第4章控制系统的时域分析法080 4.1时间响应080 4.1.1时间响应的概念080 4.1.2典型输入信号082 4.2一阶系统的时间响应085 4.2.1一阶系统的单位脉冲响应086 4.2.2一阶系统的单位阶跃响应086 4.2.3一阶系统的单位斜坡响应087 4.3二阶系统的时间响应087 4.3.1二阶系统的数学模型087 4.3.2二阶系统的单位脉冲响应089 4.3.3二阶系统的单位阶跃响应090 4.3.4二阶系统的单位斜坡响应091 4.4二阶系统时间响应的性能指标091 4.5二阶系统计算举例095 4.6改善二阶系统响应性能的措施099 4.6.1输出量的微分反馈控制099 4.6.2误差的比例-微分控制100 4.6.3误差的比例-微分控制与微分反馈控制的关系100 4.7高阶系统的时间响应分析101 4.8控制系统的误差分析和计算104 4.8.1系统稳态误差的基本概念104 4.8.2系统稳态误差的计算105 4.8.3静态误差系数与稳态误差107 4.8.4扰动引起的误差112 4.8.5减小稳态误差的途径113 第5章控制系统的频域分析法115 5.1频率特性116 5.1.1频率特性的概念116 5.1.2频率特性的特点117 5.1.3频率特性的表示方法119 5.2频率特性的极坐标图119 5.2.1极坐标图的概念119 5.2.2典型环节的极坐标图119 5.2.3系统奈奎斯特图的一般画法124 5.3频率特性的对数坐标图130 5.3.1对数坐标图的概念130 5.3.2各典型环节的Bode 图131 5.3.3绘制系统Bode 图的一般步骤137 5.3.4Bode 图的特点140 5.3.5静态误差系数和对数幅频曲线之间的关系140 5.4对数幅-相图（尼科尔斯图） 142 5.5最小相位系统与非最小相位系统142 5.5.1最小相位系统142 5.5.2非最小相位系统143 5.6闭环频率特性与频域性能指标144 5.6.1闭环频率特性144 5.6.2频域性能指标144 5.6.3频域性能指标与时域性能指标的关系145 5.6.4由开环频率特性求闭环频率特性的方法148 5.6.5开环增益的确定153 第6章控制系统的稳定性155 6.1稳定性的概念与条件155 6.1.1稳定性的概念155 6.1.2稳定性的充要条件156 6.2代数稳定判据157 6.2.1赫尔维茨稳定判据158 6.2.2劳斯稳定判据160 6.3几何稳定判据166 6.3.1奈奎斯特稳定判据166 6.3.2对数频率特性稳定判据174 6.4系统的相对稳定性177 6.4.1相位稳定裕量γ 177 6.4.2幅值稳定裕量K g 177 6.4.3关于相位裕量γ 和幅值裕量K g 的几点说明179 6.5根轨迹法180 6.5.1基本原理180 6.5.2根轨迹的绘制法则183 6.5.3利用根轨迹进行系统性能分析192 第7章控制系统的校正193 7.1概述193 7.2串联校正类型及校正原理194 7.2.1超前校正194 7.2.2比例-微分校正（PD 校正） 197 7.2.3滞后校正199 7.2.4比例-积分校正（PI 调节） 201 7.2.5滞后-超前校正202 7.2.6比例-积分-微分校正（PID 调节） 203 7.3串联校正装置设计举例204 7.4并联校正209 7.4.1反馈校正209 7.4.2顺馈校正212 第8章控制系统的MATLAB/Simulink 仿真分析214 8.1利用MATLAB/Simulink 建立控制系统的数学模型215 8.1.1Simulink 的应用215 8.1.2控制系统的数学模型描述217 8.1.3系统模型的连接（方框图的化简） 221 8.2线性系统的时域分析法223 8.2.1求系统的特征根、阻尼比和无阻尼振荡频率223 8.2.2求系统的时域响应224 8.2.3求系统的时域性能指标226 8.3线性系统的根轨迹法228 8.3.1基于MATLAB 绘制控制系统的根轨迹及性能分析229 8.3.2基于SISO 设计工具的系统根轨迹设计230 8.4线性系统的频域分析法234 8.4.1基于MATLAB 绘制控制系统的Nyquist 图及性能分析234 8.4.2基于MATLAB 绘制控制系统的Bode 图及频域分析236 8.4.3LTI Viewer 的应用239 参考文献241