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全书以基本概念和工程应用能力培养为主线，从工程控制的角度出发，开拓学生知识视野，培养学生思考、分析问题的能力，开发学生的创新思维

内容简介

本书根据应用型高等本科教育的特点，以培养知识面宽、基础扎实、应用能力强、综合素质高的高新技术应用人才为目的，本着“一定范围的系统性和完整性，注重工程性和实用性”的原则进行编写。
本书以经典控制理论为基本内容，结合机电控制系统实例，阐述控制工程的基本理论、基本方法和基本内容，主要包括控制系统的基本概念和数学模型、控制系统的性能指标、控制系统的稳定性与精确性分析、控制系统的校正和工程设计、工程实例分析及计算机辅助分析设计等内容。全书以基本概念和工程应用能力培养为主线，从工程控制的角度出发，开拓学生知识视野，培养学生思考、分析问题的能力，开发学生的创新思维。
本书可作为高等工科学校机械设计及其自动化、机械电子工程专业的教材，也可作为近机电类非信息控制类专业、自学考试或成人本科教育相近专业教材，还可作为高职高专学生的教材和教学参考书，以及广大工程技术人员学习机电控制工程的参考书。

目　　录

第1章绪论 1
1.1 机电控制系统的工作原理及其组成 1
1.1.1 机电控制系统概述 1
1.1.2 机电控制系统的应用实例 3
1.1.3 机电控制系统的组成和相关信号 6
1.2 机电控制系统的基本要求 7
1.3 机电控制系统的分类 8
1.4 机电控制理论的发展历史和发展方向 10
1.4.1 经典控制理论的发展 10
1.4.2 现代控制理论的发展现状 10
1.4.3 机电一体化设备的发展方向 11
习题 11
第2章控制系统的数学模型 14
2.1 时域中的数学模型——控制系统的微分方程 14

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="536">
<tbody>
<tr height="29">
<td height="29" class="xl67" width="536">第1章  绪论                      1  
   1.1 
 机电控制系统的工作原理及其组成                     
 1 
     1.1.1  机电控制系统概述                      1 
     1.1.2  机电控制系统的应用实例                      3 
     1.1.3  机电控制系统的组成和相关信号                      6  
   1.2 
 机电控制系统的基本要求                     
 7  
   1.3 
 机电控制系统的分类                      8  
   1.4 
 机电控制理论的发展历史和发展方向                     
 10 
     1.4.1  经典控制理论的发展                      10 
     1.4.2  现代控制理论的发展现状                      10 
     1.4.3  机电一体化设备的发展方向                      11  
   习题                      11 
 第2章  控制系统的数学模型                      14  
   2.1 
 时域中的数学模型——控制系统的微分方程                      14 
     2.1.1  机电控制工程的几个基本理论                      14 
     2.1.2  建立控制系统的微分方程                      17  
   2.2 
 非线性数学模型的线性化                     
 20  
   2.3 
 拉氏变换与反变换                     
 22 
     2.3.1  拉氏变换与反变换的定义                      22 
     2.3.2  几种典型函数的拉氏变换                      23 
     2.3.3  拉氏变换的主要定理                      27 
     2.3.4  拉氏变换与反变换的应用                      29  
   2.4 
 传递函数                     
 34 
     2.4.1  传递函数的概念和定义                      34 
     2.4.2  传递函数的特征方程及零点和极点                      35 
     2.4.3  传递函数的性质和有关说明                      36 
     2.4.4  几种典型环节的传递函数                      36  
   2.5 
 传递函数的方框图及其运算                     
 46 
     2.5.1  方框图的符号及含义                      46 
     2.5.2  系统方框图的绘制                      47 
     2.5.3  方框图的等效变换                      49 
     2.5.4  信号流图                      53 
     2.5.5  梅逊公式                      60 
     2.5.6  多输入作用下控制系统的传递函数                      62  
   习题                      65 
 第3章  控制系统的时域分析                      71  
   3.1 
 典型输入信号与系统性能指标                     
 71 
     3.1.1  典型输入信号                      71 
     3.1.2  过渡过程与稳态过程                      72 
     3.1.3  控制系统的时域性能指标                      72  
   3.2 
 一阶系统的时间响应                     
 74 
     3.2.1  一阶系统的数学模型                      74 
     3.2.2  一阶系统的单位阶跃响应                      74 
     3.2.3  一阶系统的单位斜坡响应                      75 
     3.2.4  一阶系统的单位脉冲响应                      76 
     3.2.5  一阶系统的三种响应之间的关系                      77  
   3.3 
 二阶系统的时间响应                     
 77 
     3.3.1  二阶系统的数学模型                      77 
     3.3.2  二阶系统的单位阶跃响应                      79 
     3.3.3  二阶系统响应的性能指标                      82  
   3.4 
 高阶系统的时间响应                     
 87 
     3.4.1  高阶系统的数学模型                      87 
     3.4.2  高阶系统的单位阶跃响应                      87  
   习题                      88 
 第4章  线性系统的频域分析法                      91  
   4.1 
 频率特性                     
 91 
     4.1.1  频率特性的基本概念与定义                      91 
     4.1.2  关于频率特性的几个结论                      93 
     4.1.3  频率特性的求取                      94  
   4.2 
 频率特性的图示法                     
 94  
   4.3 
 典型环节的频率特性                     
 96 
     4.3.1  比例环节                      96 
     4.3.2  积分环节                      97 
     4.3.3  纯微分环节                      98 
     4.3.4  惯性环节                      99 
     4.3.5  一阶微分环节                      100 
     4.3.6  振荡环节                      101 
     4.3.7  二阶微分环节                      103 
     4.3.8  延迟环节                      104  
   4.4 
 控制系统的开环频率特性                     
 105 
     4.4.1  开环奈氏图的绘制                      105 
     4.4.2  开环Bode图                      107 
     4.4.3  最小相位系统                      109 
     4.4.4  由Bode图估算最小相位系统的传递函数                      110  
   习题                      113 
 第5章  控制系统的稳定性分析                      119  
   5.1 
 稳定性的基本概念                     
 119 
     5.1.1  稳定性的定义                      119 
     5.1.2  系统稳定的基本条件                      119  
   5.2 
 劳斯稳定判据                     
 121 
     5.2.1  判定系统稳定的必要条件                      121 
     5.2.2  劳斯稳定判据                      121 
     5.2.3  一阶至四阶系统的劳斯稳定判定                      123 
     5.2.4  劳斯稳定判据的特殊情况                      124 
     5.2.5  稳定裕度                      125  
   5.3 
 奈奎斯特稳定判据                     
 126 
     5.3.1  辅助函数的构造                      127 
     5.3.2  幅角原理                      127 
     5.3.3  奈奎斯特图判定法                      129 
     5.3.4  奈奎斯特判据举例                      131  
   5.4 
 对数稳定判据                     
 133 
     5.4.1  系统开环Bode图与开环奈氏图的对应关系                      133 
     5.4.2  对数Bode图稳定判据的描述                      134 
     5.4.3  系统的相对稳定性——稳定裕度的计算                      134  
   习题                      137 
 第6章  控制系统的准确性分析                      140  
   6.1 
 系统元件参数变化对闭环系统性能的影响                     
 140 
     6.1.1  灵敏度的基本概念                      140 
     6.1.2  闭环系统对灵敏度的影响                      140 
     6.1.3  应用举例                      141  
   6.2 
 控制系统的时域性能指标与频域性能指标的关系                      143 
     6.2.1  时域性能指标回顾                      143 
     6.2.2  频域性能指标及其与时域性能指标的关系                      143 
     6.2.3  开环对数频率特性与时域性能指标的关系                      146  
   6.3 
 控制系统的误差分析和计算                     
 148 
     6.3.1  偏差、误差和稳态误差                      148 
     6.3.2  输入作用下的稳态误差                      149 
     6.3.3  干扰作用下的稳态误差                      152 
     6.3.4  提高系统稳态精度的措施                      154  
   习题                      156 
 第7章  控制系统的校正设计                      158  
   7.1 
 校正设计概述                     
 158  
   7.2 
 校正装置及其特性                     
 159 
     7.2.1  无源校正装置                      159 
     7.2.2  有源校正装置                      164  
   7.3 
 控制系统的串联校正                     
 169 
     7.3.1  分析法的超前校正步骤                      169 
     7.3.2  分析法的滞后校正步骤                      171 
     7.3.3  希望特性法的串联校正                      173  
   7.4 
 控制系统的并联校正                     
 174 
     7.4.1  反馈校正对系统品质的影响                      174 
     7.4.2  局部反馈的校正方法                      175 
     7.4.3  反馈校正的近似法分析                      176  
   习题                      178 
 第8章  控制系统的工程设计                      180  
   8.1 
 控制系统工程设计概述                     
 180  
   8.2 
 典型系统的特性                     
 180 
     8.2.1  典型Ⅰ型系统                      181 
     8.2.2  典型Ⅱ型系统                      183 
     8.2.3  典型Ⅰ型和Ⅱ型系统跟随性能的比较                      187  
   8.3 
 工程设计的基本原则                     
 187 
     8.3.1  非典型系统简化为典型系统的近似条件                      187 
     8.3.2  利用典型系统预期特性进行工程设计的一般步骤                      195  
   习题                      196 
 第9章  机电控制系统应用举例                      197  
   9.1 
 晶闸管交流调压位置随动系统                     
 197 
     9.1.1  晶闸管交流调压位置随动系统的工作原理                      197 
     9.1.2  晶闸管交流调压位置随动系统的数学模型                      201  
   9.2 
 水位控制系统                     
 202 
     9.2.1  系统组成                      202 
     9.2.2  系统工作原理分析                      203  
   9.3 
 发动机离心调速系统                     
 203 
     9.3.1  液压阀控液压缸和液压阻尼器                      203 
     9.3.2  发动机离心调速系统                      204  
   习题                      206 
 第10章  控制系统的计算机辅助分析与设计                      210  
   10.1  MATLAB入门                      210 
     10.1.1  MATLAB简介                      210 
     10.1.2  MATLAB入门                      211  
   10.2  控制系统的数学模型                      215 
     10.2.1  传递函数模型                      215 
     10.2.2  零极点模型                      217 
     10.2.3  模型之间的转换                      217  
   10.3  控制系统的性能分析                      218 
     10.3.1  控制系统的稳定性分析                      218 
     10.3.2  时域响应分析                      221 
     10.3.3  频率响应分析                      223  
   10.4  控制系统的校正设计                      228  
   习题                      233 
 附录A                      234 
 附录B                      253 
 参考文献                      255 
 
 </td>
</tr>
</tbody>
</table>

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前　　言

为了确保未来德国在世界上的经济竞争力和技术领先地位，德国政府出于领先意识、危机意识和机遇意识，于2013年在《德国高技术战略2020》中提出了德国工业4.0的国家发展战略，试图以高科技带动工业生产的发展，给德国企业提出了一个明确的努力方向。工业4.0，意即“第四次工业革命”，其总体目标是实现以信息物理系统为基础的“绿色的”智能化生产。
目前我国与德国签订了多达110条内容的《中德合作行动纲要》，其中“工业4.0合作”的内容颇为引人瞩目。这意味着我国要在工业化与信息化同步发展的战略中更快地促进两者的融合。工业4.0对我国经济社会的发展，以及当下中国经济转型与结构调整都有着特殊的意义。
工业机器人、智能化工厂及信息技术的集成是工业4.0的主要内容。为适应工业4.0的需要，一线的工程技术人员需要尽快地提高专业素质，这对培养人才的高等应用型本科教育提出了更高的要求。

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="479">
<tbody>
<tr height="29">
<td height="29" class="xl67" width="479">为了确保未来德国在世界上的经济竞争力和技术领先地位，德国政府出于领先意识、危机意识和机遇意识，于2013年在《德国高技术战略2020》中提出了德国工业4.0的国家发展战略，试图以高科技带动工业生产的发展，给德国企业提出了一个明确的努力方向。工业4.0，意即“第四次工业革命”，其总体目标是实现以信息物理系统为基础的“绿色的”智能化生产。 
  
 目前我国与德国签订了多达110条内容的《中德合作行动纲要》，其中“工业4.0合作”的内容颇为引人瞩目。这意味着我国要在工业化与信息化同步发展的战略中更快地促进两者的融合。工业4.0对我国经济社会的发展，以及当下中国经济转型与结构调整都有着特殊的意义。 
  
 工业机器人、智能化工厂及信息技术的集成是工业4.0的主要内容。为适应工业4.0的需要，一线的工程技术人员需要尽快地提高专业素质，这对培养人才的高等应用型本科教育提出了更高的要求。 
  
 机电控制工程基础是智能工厂中的机电一体化设备控制的理论基础。本书以机电控制的应用为对象，主要阐述经典控制理论的基本概念、基本原理和基本分析方法，以及机电系统的校正和工程设计方法。其目的是通过对本书的学习，使读者在系统静态设计的基础上建立动态设计的概念，用系统模型、框图及校正等概念为机电一体化设备的设计、安装、调试和维修服务，为后续专业课程的学习和进一步提高打下坚实的基础。 
  
 本书共分10章。第1、2章是基础知识，包括机电控制系统的基本概念和数学模型；第3章主要介绍控制系统的时域分析及其性能指标；第4、5章讨论了控制系统的频域分析和稳定性分析；第6章介绍了控制系统的准确性分析；第7、8章主要分析了控制系统的校正与工程设计；第9章是机电控制系统的实例分析；第10章主要包括机电控制系统的计算机辅助分析与设计等内容。每章末附有不同类型的习题，并在附录A中提供了3套模拟测试题，供学生检验自己的学习效果。本书是在西安航空学院机械工程学院的多位老师多年“机电控制工程”教学经验的基础上,
 结合应用型本科教育的特点编写而成的。鉴于学生对数学、力学、电工电子学等基础知识的掌握程度较浅，全书以基本概念和工程应用能力培养为主线，从工程控制的角度出发，努力开拓学生的知识视野，培养学生思考、分析问题的能力，开发学生的创新思维能力。 
  
 本书由西安航空学院罗庚合任主编，王瑜、李玲任副主编，王晋、彭琰举、蔡霞任参编。其中，王晋编写了第6、8章，王瑜编写了第3、7章，彭琰举编写了第10章，蔡霞编写了附录A，李玲编写了第4、5章，罗庚合编写了第1、2、9章。全书由罗庚合负责统稿和定稿。西安航空学院机械工程学院机电教研室全体教师参与了本书大纲的讨论，提出了许多宝贵意见和建议。本书由西安航空学院宋文学教授任主审，他对本书给予了许多宝贵的意见。在此编者特向他们表示衷心的感谢。本书可作为高等工科学校机械设计及其自动化、机械电子工程专业的教材，也可作为近机电类非信息控制类专业、自学考试或成人本科教育相近专业教材，还可作为高职高专学生的教材和教学参考书，以及广大工程技术人员学习机电控制工程的参考书。本书在编写体系和内容取舍方面做了一些新的尝试，限于编者水平，书中难免有不足之处，恳请广大读者批评指正。 
 
 </td>
</tr>
</tbody>
</table>

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