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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

1.2.1机械装置产生的自动控制作用2

1.2.2工作台位置自动控制系统3

1.2.3工作台速度自动控制系统8

1.2.4机械自动控制系统的基本结构和基本变量9

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 控制系统的数学模型17

2.1系统微分方程的建立17

2.2非线性数学模型的线性化20

2.3拉普拉斯变换22

2.3.1复数和复变函数22

2.3.2拉普拉斯变换23

2.3.3典型时间函数的拉普拉斯变换23

2.3.4拉普拉斯变换的基本性质25

2.3.5拉普拉斯反变换28

2.4传递函数30

2.4.1传递函数的定义30

2.4.2典型环节的传递函数31

2.5系统方框图和信号流图35

2.5.1系统方框图的组成35

2.5.2环节的基本连接方式35

2.5.3方框图的变换与简化37

2.5.4系统的信号流图及梅森公式39

2.6工作台位置自动控制系统的数学模型43

习题46

第3章 控制系统的时域分析法52

3.1典型输入信号52

3.2一阶系统的时间响应53

3.2.1一阶系统的单位脉冲响应54

3.2.2一阶系统的单位阶跃响应54

3.2.3一阶系统的单位斜坡响应55

3.3二阶系统的时间响应55

3.3.1二阶系统的单位脉冲响应56

3.3.2二阶系统的单位阶跃响应57

3.3.3二阶系统的单位斜坡响应58

3.3.4二阶系统时间响应的性能指标59

3.3.5二阶系统计算举例61

3.4高阶系统的时间响应分析62

3.5工作台位置自动控制系统的时域分析64

习题66

第4章 控制系统的频域分析法69

4.1频率特性概述69

4.1.1频率特性的基本概念69

4.1.2频率特性的求法70

4.1.3频率特性的特点和作用72

4.2典型环节频率特性的奈奎斯特图73

4.2.1奈奎斯特图的概念73

4.2.2典型环节的奈奎斯特图73

4.3系统奈奎斯特图的画法78

4.4典型环节频率特性的伯德图80

4.4.1伯德图的概念80

4.4.2典型环节的伯德图81

4.4.3绘制系统伯德图的步骤87

4.5频域性能指标88

4.6最小相位系统和非最小相位系统89

4.7工作台位置自动控制系统的频域分析90

习题92

第5章 控制系统的稳定性95

5.1系统稳定性的基本概念及稳定条件95

5.2代数稳定性判据96

5.2.1赫尔维茨判据96

5.2.2劳斯判据98

5.3几何稳定性判据103

5.3.1幅角原理103

5.3.2奈奎斯特稳定性判据104

5.3.3含有积分环节和延时环节系统的稳定性分析106

5.3.4根据伯德图判断系统的稳定性108

5.4系统的相对稳定性111

5.5工作台位置自动控制系统的稳定性分析113

习题114

第6章 控制系统的根轨迹分析法117

6.1根轨迹与系统特性117

6.2根轨迹的幅值条件和相角条件118

6.3绘制根轨迹的基本规则119

6.4应用MATLAB绘制根轨迹125

6.4.1 MATLAB基础125

6.4.2应用MATLAB绘制根轨迹126

6.5工作台位置自动控制系统的根轨迹分析131

习题132

第7章 控制系统的误差分析和计算134

7.1系统稳态误差的基本概念134

7.1.1偏差和误差134

7.1.2稳态误差135

7.2系统稳态误差的计算135

7.2.1系统的类型135

7.2.2系统的误差传递函数136

7.2.3静态误差系数137

7.2.4用伯德图确定误差系数141

7.2.5扰动引起的误差142

7.3减小稳态误差的途径144

7.4动态误差系数146

7.5工作台位置自动控制系统的误差分析147

习题147

第8章 控制系统性能校正151

8.1概述151

8.2系统的性能指标152

8.3系统闭环零点、极点的分布与系统性能的关系153

8.3.1系统单位阶跃输入响应153

8.3.2闭环零点、极点的分布与系统性能的关系154

8.3.3利用主导极点估计系统性能指标154

8.4并联校正156

8.4.1反馈校正156

8.4.2顺馈校正157

8.5串联校正157

8.5.1伯德定理简介及应用158

8.5.2相位超前校正158

8.5.3相位滞后校正162

8.5.4相位滞后-超前校正164

8.6控制器类型166

8.6.1比例控制器（P）167

8.6.2比例积分控制器（PI）167

8.6.3比例微分控制器（PD）167

8.6.4比例积分微分控制器（PID）168

8.6.5有源相位超前控制器170

8.6.6有源相位滞后控制器170

8.6.7有源相位滞后-超前控制器171

8.7按希望特性设计控制器171

8.7.1典型Ⅰ型系统（二阶希望特性系统）171

8.7.2典型Ⅱ型系统（三阶希望特性系统）174

8.7.3按希望特性设计控制器的图解法176

8.7.4按希望特性设计控制器的直接法178

8.8工作台位置自动控制系统的设计180

习题181

第9章 离散控制系统186

9.1离散控制系统概述186

9.1.1计算机控制系统的硬件结构186

9.1.2模/数转换（A/D）187

9.1.3数/模转换（D/A）187

9.2 Z变换和Z反变换188

9.2.1 Z变换的定义188

9.2.2 Z变换的性质190

9.2.3 Z反变换190

9.3离散系统的传递函数191

9.3.1离散传递函数的求法192

9.3.2开环系统的脉冲传递函数193

9.3.3闭环系统的脉冲传递函数194

9.4离散系统的z域分析194

9.4.1离散系统的稳定性分析194

9.4.2极点分布与瞬态响应的关系196

9.4.3离散系统的稳态误差197

9.5离散系统的校正与设计198

9.5.1模拟化设计法198

9.5.2离散设计法199

9.5.3 PID数字控制器200

习题202

第10章 现代控制理论基础204

10.1系统状态空间表达式的建立204

10.2系统的传递矩阵207

10.3线性定常系统状态方程的解法208

10.4线性系统的可控性与可观测性211

10.4.1线性系统的可控性211

10.4.2线性系统的可观测性213

10.5系统的状态反馈与输出反馈214

10.6系统极点的配置215

10.7离散系统的状态空间表达式216

10.7.1离散系统状态空间表达式的建立216

10.7.2离散系统的传递矩阵219

10.8离散状态方程的解219

10.9离散系统的稳定性分析221

10.10离散系统的可控性与可观测性221

习题223

第11章 智能控制理论基础225

11.1智能控制的结构理论225

11.2学习控制系统225

11.2.1学习控制的发展226

11.2.2学习控制的基本原理226

11.2.3学习控制的应用举例228

11.3模糊控制系统230

11.3.1模糊控制的理论基础230

11.3.2模糊控制的基本原理231

11.3.3模糊控制的应用举例234

11.4专家控制系统239

11.4.1专家控制系统的结构239

11.4.2专家系统的类型240

11.4.3专家控制系统的应用举例240

11.5人工神经网络控制系统243

11.5.1人工神经元模型243

11.5.2人工神经网络的构成244

11.5.3人工神经网络的学习算法245

11.5.4人工神经网络的应用举例247

11.6仿人智能控制249

11.6.1仿人智能控制的基本思想249

11.6.2仿人智能控制的原型算法250

11.6.3仿人智能控制器设计的基本步骤250

习题251

参考文献252