本書結合機械大類各專業(yè)及相近專業(yè)的發(fā)展和教學需要，較為系統(tǒng)地介紹了機械控制工程的基本內容。全書共由三個模塊組成，即經(jīng)典控制理論、離散控制系統(tǒng)、現(xiàn)代控制理論，各模塊基本獨立，其中經(jīng)典控制理論為基本部分。全書共9章，主要內容有緒論、控制系統(tǒng)的數(shù)學模型、時域分析、根軌跡法、頻域分析、穩(wěn)定性分析、綜合與校正，以及離散控制系統(tǒng)分析基礎、現(xiàn)代控制理論基礎。各章均配有一定數(shù)量的習題，主要章節(jié)設有相應理論方法的MATLAB實現(xiàn)一節(jié)，重點章節(jié)編入相應的設計實例。本書內容豐富，結構合理，敘述深入淺出，既體現(xiàn)理論的系統(tǒng)性，也注重方法的實用性。力圖將機械大類各專業(yè)的通用性要求與各校的個性要求有機結合。
機械設計制造及其自動化、測控技術與儀器、車輛工程、智能制造工程、機器人工程等各相關專業(yè)均可選用此書作為教材及參考用書，相關工程技術人員也可選用此書作為參考。
*本書為新形態(tài)教材，在重點內容附近以二維碼的形式鏈接了知識點講解視頻，便于學生課前預習和課后復習。
目錄
前言
第1章緒論1
11控制工程概述1
12控制工程的發(fā)展及應用1
121經(jīng)典控制理論的發(fā)展1
122現(xiàn)代控制理論的發(fā)展3
13控制系統(tǒng)的基礎知識4
131控制系統(tǒng)的基本概念4
132控制系統(tǒng)的工作原理4
133控制系統(tǒng)的組成及框圖5
14控制系統(tǒng)的分類7
141按照反饋方式分類7
142按輸入信號變化規(guī)律分類8
143按系統(tǒng)的數(shù)學描述分類8
144按系統(tǒng)內部的信號特征分類8
15控制系統(tǒng)的基本要求9
151穩(wěn)定性9
152快速性9
153精確性10
習題10
第2章控制系統(tǒng)的數(shù)學模型11
21系統(tǒng)數(shù)學模型的建立11
211建立微分方程的一般步驟11
212控制系統(tǒng)微分方程的列寫12
22拉普拉斯變換13
221拉普拉斯變換及拉普拉斯反變換的定義13
222典型時間函數(shù)的拉普拉斯變換14
223拉普拉斯變換基本定理16
224拉普拉斯反變換21
23系統(tǒng)的傳遞函數(shù)24
231傳遞函數(shù)的定義24
232典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)25
233傳遞函數(shù)的主要特點32
24系統(tǒng)的框圖和信號流圖32
241框圖的組成32
242繪制系統(tǒng)框圖的一般步驟34
243框圖的基本連接方式36
244框圖的簡化38
245信號流圖及梅森公式40
25閉環(huán)控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)45
251閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)45
252給定輸入作用下的閉環(huán)傳遞函數(shù)45
253擾動作用下的閉環(huán)傳遞函數(shù)46
254傳遞函數(shù)的零極點47
26控制系統(tǒng)數(shù)學模型的MATLAB實現(xiàn)47
261MATLAB控制系統(tǒng)工具箱簡介47
262數(shù)學模型的MATLAB實現(xiàn)48
27設計實例：工程中典型的機電系統(tǒng)52
習題57
第3章控制系統(tǒng)時域分析61
31時間響應與典型輸入信號61
311時間響應61
312典型輸入信號61
32一階系統(tǒng)的時域分析63
321一階系統(tǒng)數(shù)學模型63
322一階系統(tǒng)的單位階躍響應64
323一階系統(tǒng)的單位脈沖響應64
324一階系統(tǒng)的單位斜坡響應65
33二階系統(tǒng)的時域分析65
331二階系統(tǒng)的數(shù)學模型65
332二階系統(tǒng)的單位階躍響應66
333二階系統(tǒng)的單位脈沖響應69
34時域分析性能指標70
341動態(tài)性能指標70
342時域分析實例73
35高階系統(tǒng)的時域分析75
351高階系統(tǒng)的階躍響應75
352閉環(huán)主導極點76
36穩(wěn)態(tài)誤差分析與計算77
361誤差和穩(wěn)態(tài)誤差的概念77
362輸入信號作用下的穩(wěn)態(tài)誤差78
363擾動信號作用下的穩(wěn)態(tài)誤差80
364改善系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度的方法81
37時域分析的MATLAB實現(xiàn)82
371輸出響應分析83
372時域動態(tài)性能指標求解84
373穩(wěn)態(tài)誤差分析85
38設計實例：數(shù)控機床控制系統(tǒng)設計86
習題87
第4章根軌跡法91
41根軌跡與根軌跡方程91
411根軌跡概念91
412根軌跡方程92
42繪制根軌跡的基本法則93
43廣義根軌跡97
431參數(shù)根軌跡97
432零度根軌跡98
44利用根軌跡分析系統(tǒng)性能101
441根軌跡和性能指標的關系101
442開環(huán)零極點對系統(tǒng)性能的影響103
45根軌跡分析的MATLAB實現(xiàn)105
451根軌跡的繪制105
452根軌跡上取點106
46設計實例：激光操縱控制系統(tǒng)設計107
習題109
第5章控制系統(tǒng)的頻域分析111
51系統(tǒng)頻率特性概述111
511頻率特性的基本概念111
512頻率特性與傳遞函數(shù)的關系113
513頻率特性的求取方法113
52頻率特性的奈奎斯特圖114
521奈奎斯特圖的基本概念114
522典型環(huán)節(jié)的奈奎斯特圖115
523奈奎斯特圖的一般畫法120
53頻率特性的伯德圖122
531伯德圖的基本概念123
532典型環(huán)節(jié)的伯德圖124
533伯德圖的一般畫法130
534小相位系統(tǒng)132
54頻域分析的MATLAB實現(xiàn)134
541奈奎斯特圖的繪制134
542伯德圖的繪制135
習題137
第6章控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析139
61代數(shù)穩(wěn)定性判據(jù)139
611穩(wěn)定性的基本概念139
612系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件139
613勞斯穩(wěn)定性判據(jù)141
62頻域穩(wěn)定性判據(jù)145
621奈奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)146
622對數(shù)頻率特性穩(wěn)定判據(jù)149
63控制系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度151
631相位裕度151
632幅值裕度151
64穩(wěn)定性分析的MATLAB實現(xiàn)154
641求取特征根判定系統(tǒng)的穩(wěn)定性155
642繪制零極點分布圖判定系統(tǒng)的穩(wěn)定性155
643頻率法判定系統(tǒng)的穩(wěn)定性156
65設計實例159
651直流電動機速度控制系統(tǒng)159
652雕刻機位置控制系統(tǒng)161
習題164
第7章控制系統(tǒng)的綜合與校正165
71系統(tǒng)校正的基本概念165
711系統(tǒng)的性能指標165
712校正的概念167
713校正的分類167
72校正方法和校正裝置的設計169
721串聯(lián)超前校正169
722串聯(lián)滯后校正172
723滯后超前校正175
724PID調節(jié)器178
73系統(tǒng)的綜合與校正的MATLAB實現(xiàn)180
74設計實例：直流電動機調速性能指標改善182
習題184
第8章離散控制系統(tǒng)分析基礎186
81采樣與信號186
811采樣過程與采樣定理186
812信號恢復與保持器189
82Z變換與Z傳遞函數(shù)191
821Z變換191
822Z反變換198
823Z傳遞函數(shù)200
83線性離散系統(tǒng)的性能分析204
831穩(wěn)定性分析204
832瞬態(tài)響應分析206
84線性離散系統(tǒng)性能分析的MATLAB實現(xiàn)208
841求取特征根判定系統(tǒng)的穩(wěn)定性208
842連續(xù)系統(tǒng)離散化及離散系統(tǒng)的時域響應209
習題211
第9章現(xiàn)代控制理論基礎213
91基本概念213
92狀態(tài)空間表達式的建立與轉換218
921由系統(tǒng)框圖建立狀態(tài)空間表達式218
922由系統(tǒng)微分方程建立狀態(tài)空間表達式220
923狀態(tài)矢量的線性變換224
924由狀態(tài)空間表達式求系統(tǒng)傳遞函數(shù)（陣）225
925由狀態(tài)空間表達式變換為對角線標準型和約旦標準型227
93狀態(tài)方程的求解234
931齊次狀態(tài)方程的解234
932狀態(tài)轉移矩陣235
933非齊次狀態(tài)方程的解238
94控制系統(tǒng)的能控性和能觀性238
941能控性與能控性判據(jù)239
942能觀性與能觀性判據(jù)245
943能控性與能觀性的對偶關系250
944能控標準型與能觀標準型251
95控制系統(tǒng)的狀態(tài)反饋及狀態(tài)觀測器260
951狀態(tài)反饋260
952狀態(tài)觀測器266
953帶狀態(tài)觀測器的閉環(huán)控制系統(tǒng)268
96狀態(tài)空間分析的MATLAB實現(xiàn)271
961狀態(tài)空間表達式和傳遞函數(shù)相互轉換的實現(xiàn)271
962狀態(tài)轉移矩陣的實現(xiàn)273
963能控性和能觀性分析273
964極點配置的實現(xiàn)275
97設計實例：倒立擺276
971數(shù)學模型的建立276
972系統(tǒng)特性分析279
習題281
參考文獻285
書單推薦
