机械控制工程基础

第一章 概论 1

1-1控制系统的工作原理及其组成 1

一、控制系统的工作原理 1

二、反馈 6

三、系统的分类 10

四、控制系统的组成 12

1-2评价控制系统的基本指标 14

一、系统的稳定性 14

二、响应的快速性 14

三、响应的准确性 15

1-3本课程的学习方法 16

习题 17

第二章 系统的数学模型 18

2-1线性系统的微分方程 18

2-2传递函数 24

一、传递函数概念 24

二、典型环节的传递函数 26

2-3系统结构图及其传递函数 36

一、系统结构图基本单元及其图法 37

二、结构图的简化 39

三、系统闭环传递函数及开环传递函数 41

2-4系统的信号流图 45

一、信号流图画法 45

二、梅森增益公式 46

2-5小结 49

2-6示例 49

习题 57

第三章 时域分析法 62

3-1典型输入信号及时间响应 62

一、典型输入信号 62

二、系统时间响应 63

3-2低阶系统动态响应分析 64

一、一阶系统动态响应 64

二、二阶系统动态响应 68

3-3任意输入下系统动态响应分析 85

3-4高阶系统动态响应分析 88

一、高阶系统的阶跃响应 88

二、高阶系统的近似分析方法 90

3-5线性系统稳定性分析 93

一、稳定性概念及其充分必要条件 93

二、劳斯（Routh）稳定判据 95

三、系统开环增益、零、极点对系统稳定性的影响 99

3-6系统稳态误差分析 105

一、稳态误差概念及系统类型 105

二、给定作用下稳态误差分析 109

三、扰动作用下的稳态误差 116

四、改善稳态误差的一般方法 120

3-7小结及示例 124

习题 131

第四章 频率特性分析 140

4-1频率特性的基本概念 141

一、简谐输入下的稳态响应 141

二、频率特性的表达形式 142

三、频率特性的求取 143

四、频率特性的图示方法 146

4-2典型环节的频率特性 150

一、比例环节 150

二、积分环节 151

三、微分环节 153

四、惯性环节 154

五、一阶微分环节 158

六、振荡环节 159

七、延时环节 164

4-3开环系统的频率特性绘制方法 165

一、开环系统的极坐标图 165

二、开环系统的对数坐标图 171

4-4奈奎斯特稳定判据 175

一、辅助函数的频率特性 175

二、奈氏判据 178

三、奈氏判据应用举例 181

4-5系统的相对稳定性 185

一、相位裕度和幅值裕度 186

二、应用举例 188

4-6闭环频率特性 189

一、等M圆图和等N圆图 189

二、闭环频率特性曲线的绘制 192

4-7频域指标与时域指标的关系 194

一、频域指标与二阶系统过渡过程指标 194

二、频率特性与稳态误差 198

三、Bode图形状对系统性能指标的影响 199

4-8频率特性实验测定法简介 200

一、概述 200

二、最小相位系统和非最小相位系统 202

三、由对数坐标图求系统的传递函数 204

4-9小结 207

习题 208

第五章 线性定常系统的校正 214

5-1控制系统校正概念、方式和方法 214

5-2常用校正装置及其特性 217

一、相位超前校正装置 218

二、相位滞后校正装置 220

三、相位滞后-超前校正装置 221

5-3输出反馈系统时对数频率特性法校正 224

一、对数频率法串联校正的基本原理 225

二、输出反馈系统的并联校正 235

5-4小结 237

5-5示例 238

习题 246

附录 拉普拉斯变换 247

一、拉氏变换的定义 247

二、常用典型信号的拉氏变换 248

三、拉氏变换的基本定理 251

四、拉普拉斯反变换 256

附表Laplace变换简表 259

主要参考文献 261