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第1章 绪论1

1.1 机械工程的发展与控制理论的应用1

1.2 机械工程自动控制系统的基本结构及工作原理2

1.3 机械自动控制系统的分类10

1.4 对自动控制系统的基本要求11

习题12

第2章 自动控制系统的数学模型和传递函数18

2.1 系统数学模型的建立19

2.2 非线性数学模型的线性化22

2.3.1 复数和复变函数25

2.3 拉普拉斯变换25

2.3.2 拉普拉斯变换及其逆变换的定义26

2.3.3 典型时间函数的拉普拉斯变换27

2.3.4 拉普拉斯变换的基本性质30

2.3.5 拉普拉斯反变换的应用33

2.4 传递函数35

2.4.1 传递函数的定义35

2.4.2 典型环节的传递函数37

2.5 系统方框图和信号流图44

2.5.1 系统方框图的组成44

2.5.2 环节的基本连接方式45

2.5.3 方框图的变换与简化47

2.5.4 系统的信号流图及梅逊公式50

2.6 工程实例中的数学模型与传递函数54

2.6.1 工作台位置自动控制系统54

2.6.2 液压伺服位置控制58

习题60

第3章 控制系统的时域分析法68

3.1 典型输入信号68

3.2 一阶系统的时间响应70

3.2.1 一阶系统的单位脉冲响应70

3.2.2 一阶系统的单位阶跃响应71

3.2.3 一阶系统的单位斜坡响应72

3.3 二阶系统的时间响应72

3.3.1 二阶系统的单位脉冲响应73

3.3.2 二阶系统的单位阶跃响应74

3.3.3 二阶系统的单位斜坡响应75

3.3.4 二阶系统时间响应的性能指标77

3.3.5 二阶系统计算举例80

3.4 高阶系统的时间响应分析82

3.5 工程实例中的时域分析84

习题86

第4章 控制系统的频域分析法90

4.1 频率特性概述90

4.1.1 频率特性90

4.1.2 频率特性的求法91

4.1.3 频率特性的特点和作用94

4.2 典型环节频率特性的极坐标图96

4.2.1 极坐标图的概念96

4.2.2 典型环节的奈奎斯特图96

4.3 系统奈奎斯特图的画法103

4.4 典型环节频率特性的对数坐标图105

4.4.1 对数坐标图的概念105

4.4.2 典型环节的Bode图106

4.4.3 绘制系统Bode图的步骤114

4.5 频率特性的性能指标116

4.6 最小相位系统和非最小相位系统117

4.7 工程实例中的频域分析119

习题120

第5章 线性控制系统的稳定性123

5.1 系统稳定性的基本概念及稳定条件123

5.2 代数稳定性判据125

5.2.1 赫尔维茨判据125

5.2.2 劳斯判据127

5.2.3 谢绪恺判据133

5.3 几何稳定性判据134

5.3.1 幅角原理134

5.3.2 奈奎斯特稳定性判据136

5.3.3 应用奈奎斯特判据分析含有积分环节和延时环节系统的稳定性139

5.3.4 根据Bode图判断系统的稳定性141

5.4 系统的相对稳定性144

5.5 工程实例中的稳定性分析148

5.5.1 工作台位置自动控制系统148

5.5.2 液压伺服位置控制149

习题151

第6章 根轨迹法155

6.1 根轨迹与系统特性155

6.2 根轨迹的幅值条件和相角条件156

6.3 绘制根轨迹的基本规则157

6.4 Matlab根轨迹应用举例162

习题168

7.1.1 系统复域误差169

7.1 系统稳态误差的基本概念169

第7章 控制系统的误差分析和计算169

7.1.2 系统时域稳态误差170

7.2 系统稳态误差的计算170

7.2.1 系统的类型170

7.2.2 系统的误差传递函数171

7.2.3 静态误差系数172

7.2.4 用Bode图确定误差常数177

7.2.5 扰动引起的误差179

7.3 减小稳态误差的途径181

7.4 动态误差系数183

7.5.2 液压伺服位置控制185

7.5.1 工作台位置自动控制系统185

7.5 工程实例中的误差分析185

习题186

第8章 控制系统性能校正191

8.1 概述191

8.2 系统的性能指标192

8.3 系统闭环零点、极点的分布与系统性能的关系194

8.3.1 系统单位阶跃输入响应194

8.3.2 闭环零点、极点的分布与系统性能的关系195

8.3.3 利用主导极点估计系统性能指标195

8.4.1 反馈校正197

8.4 并联校正197

8.4.2 顺馈校正198

8.5 串联校正199

8.5.1 Bode定理简介及应用200

8.5.2 相位超前校正200

8.5.3 相位滞后校正205

8.5.4 相位滞后-超前校正208

8.6 控制器类型211

8.6.1 比例控制器（P）211

8.6.2 比例积分控制器（PI）211

8.6.3 比例微分控制器（PD）212

8.6.4 比例积分微分控制器（PID）212

8.6.6 有源相位滞后控制器213

8.6.5 有源相位超前控制器213

8.6.7 有源相位滞后超前控制器214

8.7 按希望特性设计控制器215

8.7.1 典型Ⅰ系统（二阶希望特性系统）215

8.7.2 典型Ⅱ型系统（三阶希望特性系统）218

8.7.3 按希望特性设计控制器的图解法221

8.7.4 按希望特性设计控制器的直接法223

8.8 工程实例中的控制系统设计225

习题227

第9章 离散控制系统231

9.1 离散控制系统概述231

9.1.1 离散信号232

9.1.2 保持器233

9.2 Z变换和Z反变换234

9.2.1 Z变换的定义234

9.2.2 Z变换的性质236

9.2.3 Z反变换236

9.3 离散系统的传递函数237

9.3.1 离散传递函数的求法238

9.3.2 开环系统的脉冲传递函数240

9.3.3 闭环系统的脉冲传递函数241

9.4 离散系统的Z域分析242

9.4.1 离散系统的稳定性分析242

9.4.2 极点分布与瞬态响应的关系245

9.4.3 离散系统的稳态误差246

9.5 离散系统的校正与设计247

9.5.1 模拟化设计法247

9.5.2 离散设计法248

9.5.3 PID数字控制器250

习题252

第10章 现代控制理论基础254

10.1 系统状态空间表达式的建立254

10.2 系统的传递矩阵258

10.3 线性定常系统状态方程的解法260

10.4 线性系统的可控性与可观测性263

10.4.1 线性系统的可控性263

10.4.2 线性系统的可观测性266

10.5 系统的状态反馈与输出反馈267

10.6 系统极点的配置268

10.7 离散系统的状态空间表达式270

10.7.1 离散系统状态空间表达式的建立270

10.7.2 离散系统的传递矩阵273

10.8 离散状态方程的解274

10.9 离散系统的稳定性分析276

10.10 离散系统的可控性与可观测性276

习题279

第11章 智能控制理论基础281

11.1 智能控制的结构理论281

11.2.1 学习控制的发展282

11.2 学习控制系统282

11.2.2 学习控制的基本原理283

11.2.3 学习控制的应用举例284

11.3 模糊控制系统287

11.3.1 模糊控制的理论基础287

11.3.2 模糊控制的基本原理289

11.3.3 模糊控制的应用举例293

11.4 专家控制系统298

11.4.1 专家控制系统的结构298

11.4.2 专家系统的类型300

11.4.3 专家控制系统的应用举例300

11.5.1 人工神经元模型304

11.5 人工神经网络控制系统304

11.5.2 人工神经网络的构成305

11.5.3 人工神经网络的学习算法306

11.5.4 人工神经网络应用举例309

11.6 仿人智能控制311

11.6.1 仿人智能控制的基本思想311

11.6.2 仿人智能控制的原型算法312

11.6.3 仿人智能控制器设计的基本步骤313

习题314

部分习题参考答案315

参考文献339