機電工程控制基礎

第1章　自動控制的基本概念
1.1　引言
1.2　控制系統(tǒng)的基本概念
1.3　機電工程控制實例簡介
1.4　控制系統(tǒng)的要素與要求
1.4.1　系統(tǒng)要素組成
1.4.2　系統(tǒng)分類
1.4.3　系統(tǒng)性能的基本要求
習題1
第2章　線性系統(tǒng)的數(shù)學模型
2.1　系統(tǒng)的動態(tài)過程與模型概念
2.2　控制系統(tǒng)時域建模方法
2.3　機電控制系統(tǒng)的反饋特點
2.4　微分方程的拉普拉斯變換與逆變換解
2.5　控制系統(tǒng)（環(huán)節(jié)）的傳遞函數(shù)
2.5.1　傳遞函數(shù)定義
2.5.2　傳遞函數(shù)特性、框圖與零極點
2.5.3　典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)
2.6　系統(tǒng)傳遞函數(shù)的框圖結構
2.6.1　框圖基本要素
2.6.2　控制系統(tǒng)的框圖畫法
2.6.3　反饋回路結構
習題2
第3章　機電系統(tǒng)傳遞函數(shù)分析
3.1　傳遞函數(shù)框圖的等效變換和簡化
3.1.1　基本框圖及簡化
3.1.2　復雜框圖簡化規(guī)則
3.1.3　復雜框圖系統(tǒng)的簡化
3.2　信號流圖和梅森公式
3.3　干擾與反饋控制系統(tǒng)
3.4　典型機電控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)
習題3
第4章　系統(tǒng)時域響應
4.1　時域響應特點與求法
4.2　典型輸入信號
4.3　一階系統(tǒng)的時域響應
4.3.1　脈沖輸入下的慣性系統(tǒng)響應
4.3.2　其他典型輸入下的慣性系統(tǒng)響應與比較
4.3.3　微分、積分環(huán)節(jié)響應
4.3.4　線性系統(tǒng)響應的微分特性
4.4　二階系統(tǒng)的時域響應
4.4.1　傳遞函數(shù)極點
4.4.2　單位斜坡輸入下的系統(tǒng)響應
4.4.3　其他典型輸入函數(shù)下的系統(tǒng)響應
4.4.4　二階系統(tǒng)的動態(tài)特性討論
4.5　高階系統(tǒng)的響應分析
4.6　復雜輸入函數(shù)的系統(tǒng)響應
4.7　系統(tǒng)非零初值的響應
4.7.1　積分變換求法
4.7.2　數(shù)值解法
4.8　機電系統(tǒng)響應的計算機分析
習題4
第5章　系統(tǒng)頻域特性分析
5.1　系統(tǒng)頻率特性概念
5.1.1　頻率響應
5.1.2　頻率特性函數(shù)
5.1.3　頻率特性與傳遞函數(shù)關系
5.1.4　頻率特性的特點與作用
5.2　頻率特性的求法
5.2.1　由傳遞函數(shù)求頻率特性
5.2.2　根據(jù)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)響應確定頻率特性
5.2.3　利用實驗確定頻率特性
5.2.4　閉環(huán)與開環(huán)系統(tǒng)頻率特性關系
5.3　頻域特性的幅相圖
5.3.1　一階環(huán)節(jié)的幅相圖
5.3.2　二階環(huán)節(jié)的幅相圖
5.3.3　復雜系統(tǒng)的幅相圖
5.4　頻域特性的對數(shù)坐標圖
5.4.1　對數(shù)頻率特性函數(shù)
5.4.2　一階環(huán)節(jié)的對數(shù)頻率特性曲線
5.4.3　二階環(huán)節(jié)的對數(shù)頻率特性曲線
5.4.4　一般高階系統(tǒng)的對數(shù)曲線，
5.5　機電系統(tǒng)的頻域特性計算機分析
5.6　系統(tǒng)頻域特性特征量
5.7　最小相位系統(tǒng)頻率特性
習題5
第6章　系統(tǒng)穩(wěn)定性與誤差分析
6.1　系統(tǒng)穩(wěn)定性概念與條件
6.1.1　系統(tǒng)穩(wěn)定性定義
6.1.2　系統(tǒng)穩(wěn)定性一般條件
6.2　穩(wěn)定性的代數(shù)判定方法
6.2.1　系統(tǒng)穩(wěn)定性勞斯判據(jù)（充分必要條件）
6.2.2　勞斯判據(jù)的特殊情況
6.3　穩(wěn)定性的幾何判定方法
6.3.1　奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)
6.3.2　伯德穩(wěn)定判據(jù)
6.4　系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性
6.5　延時系統(tǒng)的穩(wěn)定性
6.6　系統(tǒng)誤差分析
6.6.1　誤差概念
6.6.2　系統(tǒng)誤差傳遞函數(shù)
6.6.3　系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差計算
6.6.4　動態(tài)誤差系數(shù)
習題6
第7章　控制系統(tǒng)設計與校正
7.1　機電控制系統(tǒng)設計初步
7.2　PID控制調節(jié)器
7.2.1　PID控制模型
7.2.2　PID組合環(huán)節(jié)的實現(xiàn)與其控制規(guī)律
7.3　系統(tǒng)性能指標與校正概念
7.4　串聯(lián)校正
7.4.1　相位超前（正相位）校正
7.4.2　相位滯后（負相位）校正
7.4.3　相位滯后一超前校正
7.4.4　PID調節(jié)器最佳參數(shù)設計
7.4.5　確定PID調節(jié)器參數(shù)的其他方法
7.5　反饋校正
7.5.1　位置反饋校正
7.5.2　速度反饋校正
7.5.3　反饋校正對系統(tǒng)參數(shù)變化的作用
7.6　并聯(lián)（順饋）校正
習題7
第8章　線性離散控制系統(tǒng)
8.1　模擬信號與數(shù)字信號轉換
8.1.1　A／D轉換
8.1.2　D／A轉換
8.2　信號采樣理論
8.2.1　采樣周期與頻率
8.2.2　采樣過程
8.2.3　采樣定理
8.2.4　信號保持
8.3　離散變量的Z變換
8.3.1　Z變換定義
8.3.2　Z變換性質與定理
8.3.3　Z變換求法
8.3.4　Z逆變換
8.4　線性離散系統(tǒng)的分析方法
8.4.1　離散系統(tǒng)的差分模型
8.4.2　差分方程的Z變換解法
8.4.3　脈沖傳遞函數(shù)及求法
8.4.4　脈沖傳遞函數(shù)系統(tǒng)簡化分析
8.4.5　離散系統(tǒng)的響應
8.5　離散系統(tǒng)的誤差分析
8.6　離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析
8.6.1　z平面與s平面的映射關系
8.6.2　線性離散系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件
8.6.3　線性離散系統(tǒng)穩(wěn)定判據(jù)
8.7　離散系統(tǒng)的校正
8.7.1　數(shù)字控制器GD（z）
8.7.2　離散校正環(huán)節(jié)的近似設計
8.7.3　最少拍系統(tǒng)設計與校正方法
8.7.4　數(shù)字PID控制器
習題8
第9章　非線性控制系統(tǒng)基礎
9.1　非線性控制系統(tǒng)的特征
9.1.1　非線性系統(tǒng)元件參數(shù)特征
9.1.2　非線性系統(tǒng)數(shù)學模型特征
9.1.3　非線性系統(tǒng)的輸出特征
9.1.4　典型非線性環(huán)節(jié)
9.1.5　非線性系統(tǒng)常用的分析方法
9.2　描述函數(shù)法
9.2.1　描述函數(shù)定義
9.2.2　常見非線性系統(tǒng)的描述函數(shù)
9.2.3　系統(tǒng)穩(wěn)定性的描述函數(shù)分析
9.3　相平面分析法
9.3.1　控制系統(tǒng)的相平面方程
9.3.2　相軌跡圖形
9.3.3　相平面軌跡特點
9.3.4　相平面軌跡應用
9.4　非線性系統(tǒng)實例分析
9.5　非線性系統(tǒng)的數(shù)值仿真
習題9
第10章　狀態(tài)空間理論初步
10.1　系統(tǒng)狀態(tài)變量與狀態(tài)方程概念
10.2　系統(tǒng)狀態(tài)方程的建立方法
10.2.1　由系統(tǒng)微分方程建立狀態(tài)方程
10.2.2　由線性系統(tǒng)的傳遞函數(shù)建立狀態(tài)方程
10.2.3　利用系統(tǒng)的環(huán)節(jié)框圖建立狀態(tài)方程
10.2.4　非線性系統(tǒng)狀態(tài)方程
10.3　系統(tǒng)狀態(tài)方程的求解
10.3.1　線性定常系統(tǒng)狀態(tài)方程的解
10.3.2　線性時變系統(tǒng)狀態(tài)方程的解
10.4　離散系統(tǒng)的狀態(tài)方程
10.4.1　bj=0（j=1，2，，m）時，離散系統(tǒng)狀態(tài)方程
10.4.2　bj≠0（j=1，2，，m）時，離散系統(tǒng)狀態(tài)方程
10.4.3　離散系統(tǒng)狀態(tài)方程求解
10.4.4　離散系統(tǒng)狀態(tài)方程數(shù)值解
10.5　系統(tǒng)狀態(tài)特性
10.5.1　能控性的定義和判別
10.5.2　能觀性的定義和判別
10.5.3　穩(wěn)定性判別
習題10
第11章　機電控制系統(tǒng)實驗與計算機仿真
11.1　典型機電控制系統(tǒng)組成
11.1.1　控制系統(tǒng)動力與執(zhí)行機構
11.1.2　控制信號的綜合、轉換與放大器
11.2　輸入信號的實驗方法
11.3　機電控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)實驗
11.4　典型機電伺服系統(tǒng)的時域實驗
11.5　典型機電系統(tǒng)的頻率實驗
11.6　控制系統(tǒng)的計算機仿真實驗
11.7　控制系統(tǒng)的計算機仿真程序
附錄A　典型函數(shù)的拉普拉斯變換和z變換
附錄B　習題參考答案