《控制工程基础》2015版图书

控制工程基础前言(Ⅰ)

第 1章控制理论概述(1)

1.1控制理论在工程中的应用和发展(1)

1.2自动控制系统的基本概念(2)

1.3控制理论在机械制造工业中的应用(7)

第 2章控制系统的数学模型(12)

2.1概述(12)

2.2控制系统的运动微分方程(12)

2.3拉氏变换及其反变换(19)

2.4传递函数及基本环节的传递函数(31)

2.5系统框图及其简化(36)

2.6*系统信号流图及梅森公式(43)

第 3章控制系统的时域分析(49)

3.1典型输入信号和时域性能指标(49)

3.2一阶系统的时域分析(51)

3.3二阶系统的时域分析(53)

3.4高阶系统的时域分析(60)

第 4章控制系统的频率分析(63)

4.1频率特性(63)

4.2极坐标图(67)

4.3Bode图(72)

4.4系统的开环频率特性(81)

4.5系统的闭环频率特性及其特征量(82)

4.6最小相位系统与非最小相位系统(84)

4.7*基于MATLAB的频域分析(86)

第 5章自动控制系统的稳定判据(92)

5.1线性系统稳定性的概念和稳定的充分必要条件(92)

5.2劳斯判据(93)

5.3赫尔维茨判据(96)

5.4*谢绪恺判据(97)

5.5*参数对稳定性的影响(97)

5.6相对稳定性和稳定裕度(99)

5.7稳态误差(100)

5.8*用MATLAB进行系统的稳定性分析(111)

5.9MATLAB在求解系统给定稳态误差中的应用(113)

第 6章系统的性能分析与校正(118)

6.1系统的性能指标与校正方法(118)

6.2串联校正(120)

6.3反馈校正(127)

6.4PID校正(130)

第 7章根轨迹法(139)

7.1根轨迹法的基本概念(140)

7.2根轨迹的绘制法则(142)

7.3用根轨迹分析系统的动态特性(166)

7.4用MATLAB绘制根轨迹(174)

第 8章非线性系统分析概述(187)

8.1概述(187)

8.2描述函数法(190)

8.3非线性系统的描述函数(194)

8.4非线性系统的相轨迹(197)

第 9章*控制系统的MATLAB仿真(204)

9.1MATLAB仿真软件简介(204)

9.2基于MATLAB的控制系统的时域分析(212)

9.3控制系统的MATLAB的仿真(222)

参考文献(228) 2100433B

本书针对大学本科教学，结合编者多年的教学实践，以经典控制理论为主要内容，系统地阐述了连续控制系统的分析和研究方法.在内容上注意深入浅出、精讲多练、简洁实用，强调理论够用，侧重于工程实践的应用. 本书可作为机械设计制造及其自动化、车辆工程、测控技术与仪器、过程装备及控制工程、机械电子工程、机械工程等机械类相关专业大学本科生的学习教材，也可作为系统与控制领域的广大工程技术人员和科技工作者的学习参考书.

本书注重将经典的理论知识与现代计算机仿真技术和实验技术相结合，更有利于工科学生对控制理论的学习和应用.

该教材是在董景新、赵长德、郭美凤、陈志勇、李冬梅编著的《控制工程基础》第3版的基础上重新编写的。《控制工程基础》第3版自2009年6月正式出版已五年多。自第1、2、3版教材相继出版以来，该教材随着“控制工程基础”课程在全国各高等院校的机械类、仪器类等非控制专业逐渐普遍开设，以及本教材声誉的不断提升，对教材的需求量也稳步增加。自出版以来根据需求该教材多次重新印刷，第1版11年时间累计印刷11次，总印数达53000册；第2版5年多时间累计印刷10次，总印数达60000册；第3版不到5年时间就累计12次印刷，总印数已达62500册。

本课程相继被评为清华大学、北京市和国家级精品课程，国家级精品资源共享课；清华大学等院校也将本课程确定为机械学院平台课。除本校使用该教材外，另有约100所兄弟院校的仪器仪表类和机械类专业将我们编著的教材选为使用教材和研究生入学考试参考书。随着需求量的增加，我们深感责任的加重，促使我们对于教材的编写精益求精、与时俱进，于是由目前在教学第一线的教师进一步编写了第4版教材。

第4版教材在以前各版的基础上各章都作了或多或少的补充和修改。鉴于LabVIEW是更加直观方便的图形化程序编译平台，在控制工程中得到越来越多的应用，增加了LabVIEW工具在控制工程应用的内容，独立成章，该章节由刘云峰副教授完成。该章介绍了借助LabVIEW，进行控制系统的数学建模、时间响应分析、频域响应分析、系统稳定性分析和系统综合校正设计等。同时，为了方便更好地理解掌握教材其他章节论述的概念和方法，特基于LabVIEW设计编写了配合教材使用的控制系统动态仿真、分析、演示软件，不仅可以完成对控制系统在时域和频域进行特性仿真分析，还可以动态地分析和演示控制系统中不同参数及参数变化对系统特性的影响。

另外，根据实际工程和科研的基本需求和多年的教学经验，在各章节内容论述上力求概念表达清楚准确，加强对问题的归纳说明，同时也适当增加了一些诸如内模原理和内模控制简要介绍的内容。

全书由董景新教授整理统编。

该教材广泛参考了国内外同类教材和其他有关文献，保持并突出以下特点:第4版前言控制工程基础（第4版）(1) 突出机械运动作为主要受控对象，并对其数学模型和分析综合重点研究;

(2) 对自动调节原理基本内容表达清楚，着重基本概念的建立和解决机电控制问题的基本方法的阐明，并简化或略去与机电工程距离较远、较艰深的严格数学推导内容;

(3) 引入和编写较多的例题与习题，便于自学;

(4) 反映机电一体化新技术和新分析方法。

对于属于该书领域的非基本内容，但在本领域文献中时有出现的较为繁难的部分，该教材中也作了一定介绍，其有关章节前注以“”号。

在有关LabVIEW章节的编写中，得到NI公司中国区刘洋工程师在实验设备和技术方面的支持帮助，并提供了部分素材，在此致谢！

该教材的编写得到了国家高等教育精品课建设项目、北京市高等教育精品教材建设项目和清华大学精品课建设项目经费的支持，纳入985清华大学名优教材立项资助，在此表示衷心感谢。

编者2014年10月

• 配套教材

该教材配有辅助教材《控制工程基础（第3版）习题解》《控制工程基础实验指导》和教师用《控制工程基础习题解》。

• 课程资源

该教材还配有和多媒体课件。

• 课程资源

《控制工程基础（第三版）》配有Abook数字课程，该数字课程为多媒体课件。