机械工程控制基础（第2版）

2015年清华大学出版社出版的图书
《机械工程控制基础（第2版）》是清华大学出版社出版图书，作者是祝守新、邢英杰、关英俊 。
内容简介
本书是在第1版的基础上，引入近年来的相关发展重新编写而成的。本书介绍工程上广为应用的经典控制论中信息处理和系统分析与综合的基本方法。
全书共分9章，分别为：绪论、系统的数学模型、时间特性分析法、频率特性分析法、根轨迹法、控制系统的稳定性分析、控制系统的误差分析与计算、系统的设计与校正、计算机采样控制系统。
本书的特点是在论述上注意深入浅出，精讲多练，简洁实用，每章都采用MATLAB软件对系统进行分析和计算。
本书适用于高等学校机械工程及自动化以及机械设计制造及其自动化等专业大学本科生教材，也可供有关专业工程技术人员参考。
新版前言
本书是在祝守新、邢英杰和韩连英等编著的《机械工程控制基础》（第1版）的基础上重新编写的。《机械工程控制基础》（第1版）于2008年8月正式出版，至今已经有6年了。随着科学技术的飞跃进步，原教材的一些内容已经陈旧，先进的内容需要补充。
本次再版主要是在保持原有特色和风格的前提下，进行全面更新和修订，对编写体系作少量微调，以更好地满足教学大纲要求和符合认知规律。在原书的基础上，作者对各章都作了或多或少的补充和修改。其中第2章系统的数学模型、第3章时间特性分析法、第4章频率特性分析法、第6章控制系统的稳定性分析、第7章控制系统的误差分析与计算进行了较大的改动，其余各章也有部分的更新与修订。
本教材广泛参考了国内外同类教材和其他有关文献，力图形成以下特点：
（1） 突出将机械运动作为主要控制对象，并对其数学模型和分析进行综合重点研究；
（2） 对自动控制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、较难深入的严格的数学推导内容；
（3） 引入和编写较多的例题、习题，便于自学；
（4） 加入反映机电一体化新技术和新分析方法的内容；
（5） 加入大量的MATLAB计算实例，通过计算机的实践，加深学生对课程的理解。
全书共分9章，包括绪论、数学模型、时间特性分析、频率特性分析、根轨迹、稳定性分析、误差分析、系统设计与校正和计算机采样控制系统等。
本书适用于普通工科院校机械类各专业学生，也适用于各类成人高校、职业技术学院、电大、自学考试等的有关专业的学生，并可供从事自动控制和控制工程的科技工作者参考。
本书由祝守新（湖州师范学院），邢英杰（大连理工大学）、关英俊（长春工业大学）任主编。具体分工如下： 祝守新编写第1、2、3章，关英俊编写第4章，大连工业大学高腾编写第5章，湖州师范学院张岚编写第6章及全书MATLAB程序、习题和参考答案，邢英杰和孙晶（大连理工大学）编写第7、8章，徐中（大连理工大学）和孙伟（大连理工大学）编写第9章。
全书由浙江大学博士生导师陈鹰教授主审。在本书的编写过程中引用了书后有关文献中的材料和思想，谨向这些文献的作者表示谢意。
由于时间和水平的限制，本书依然难免有不少缺点和错误，恳切希望读者和专家批评指正。
该教材的编写得到了湖州师范学院2013年重点教材建设项目的资助，在此表示衷心感谢。
编者
2014年11月
目录
第1章绪论
1.1机械工程控制理论研究的对象与任务
1.2系统的基本概念
1.2.1自动控制系统工作原理
1.2.2系统的分类
1.2.3反馈控制系统的基本组成
1.2.4名词术语
1.3对控制系统的基本要求
1.4本课程的特点及学习方法
习题
第2章系统的数学模型
2.1引言
2.1.1系统的数学模型
2.1.2线性系统
2.1.3非线性系统
2.2线性微分方程式的建立
2.2.1建立线性微分方程式的步骤
2.2.2举例
2.3非线性系统的线性化
2.4拉普拉斯变换
2.4.1拉普拉斯变换的定义
2.4.2拉氏变换的主要定理
2.4.3拉普拉斯反变换
2.4.4用拉氏变换解常系数线性微分方程
2.5传递函数
2.5.1传递函数的概念
2.5.2典型环节的传递函数
2.5.3相似原理
2.6方块图及其应用
2.6.1方块图单元、相加点和分支点
2.6.2方块图基本连接方式
2.6.3绘制系统方块图的方法
2.6.4方块图的变换法则
2.6.5系统传递函数的求法
2.7信号流程图及梅逊公式
2.7.1信号流程图
2.7.2定义
2.7.3系统信号流程图的画法
2.7.4梅逊公式
2.8利用MATLAB语言进行数学模型的描述
习题
第3章时间特性分析法
3.1时间响应与典型输入信号
3.1.1时间响应的概念
3.1.2典型输入信号
3.1.3瞬态响应的性能指标
3.2一阶系统的瞬态响应
3.2.1一阶系统的数学模型
3.2.2一阶系统的单位阶跃响应
3.2.3一阶系统的单位斜坡响应
3.2.4一阶系统的单位脉冲响应
3.3二阶系统的瞬态响应
3.3.1二阶系统的数学模型
3.3.2二阶系统的阶跃响应
3.3.3二阶系统的单位斜坡响应
3.3.4二阶系统的单位脉冲响应
3.3.5二阶系统阶跃响应与极点的关系
3.3.6二阶系统瞬态响应的性能指标计算
3.4高阶系统的瞬态响应
3.5时间特性的计算机求解
习题
第4章频率特性分析法
4.1频率特性的基本概念
4.1.1频率特性及其物理意义
4.1.2频率特性的求法
4.2频率特性表示法
4.2.1极坐标图（奈奎斯特图）
4.2.2伯德图（Bode图）
4.2.3增益相位图（尼科尔斯图）
4.3典型环节的频率特性
4.3.1比例环节的频率特性
4.3.2积分环节的频率特性
4.3.3理想微分环节的频率特性
4.3.4惯性环节的频率特性
4.3.5一阶微分环节的频率特性
4.3.6二阶振荡环节的频率特性
4.3.7二阶微分环节的频率特性
4.4控制系统开环伯德图和最小相位系统
4.4.1控制系统开环伯德图
4.4.2最小相位系统
4.5闭环频率特性
4.5.1由开环频率特性估计闭环频率特性
4.5.2闭环系统频率特性的性能指标
4.6由实测频率特性曲线确定系统传递函数
4.6.1频率特性实验分析的步骤
4.6.2由伯德图确定系统的传递函数
4.7用MATLAB语言计算频率特性
4.7.1极坐标奈奎斯特(Nyquist)图
4.7.2对数幅频特性图（伯德图）
4.7.3对数幅相频率特性图（尼科尔斯图）
习题
第5章根轨迹法
5.1绘制根轨迹的基本条件
5.1.1基本分析
5.1.2绘制根轨迹的基本条件
5.2以K1为参数变量的根轨迹的绘制
5.2.1根轨迹的起点
5.2.2根轨迹的终点
5.2.3根轨迹的对称性
5.2.4根轨迹的渐近线
5.2.5实轴上的根轨迹
5.2.6根轨迹的出射角和入射角
5.2.7根轨迹的分离点与会合点
5.2.8根轨迹与虚轴的交点（此节可在学完第6章之后学习）
5.3增加开环零极点对根轨迹的影响
5.3.1增加零点的影响
5.3.2增加极点的影响
5.4利用MATLAB语言绘制系统的根轨迹
习题
第6章控制系统的稳定性分析
6.1控制系统稳定性的基本概念
6.1.1稳定性概念
6.1.2系统稳定的条件
6.2代数稳定判据
6.2.1劳斯稳定判据
6.2.2赫尔维茨稳定性判据
6.3奈奎斯特稳定判据
6.3.1奈奎斯特稳定判据简介
6.3.2稳定裕度
6.3.3伯德图判据
6.4用MATLAB语言分析稳定性
6.4.1代数稳定判断
6.4.2用伯德图法判断系统稳定性
习题
第7章控制系统的误差分析与计算
7.1控制系统的稳态误差概念
7.2输入引起的稳态误差
7.2.1误差传递函数与稳态误差
7.2.2静态误差系数
7.2.3其他输入信号时的误差
7.3存在扰动时的稳态误差
7.4减小稳态误差的方法
7.5利用MATLAB语言计算系统的稳态误差
习题
第8章系统的设计与校正
8.1系统的性能指标及校正方式
8.1.1控制系统的性能指标分类
8.1.2时域指标和频域指标的对应关系
8.1.3系统设计的一般原则
8.1.4设计方法
8.2调整增益的校正
8.3串联超前校正
8.3.1串联超前校正的应用场合与校正效果
8.3.2串联超前校正装置
8.3.3利用伯德图进行串联超前校正
8.4串联滞后校正
8.4.1串联滞后校正应用场合与校正结果
8.4.2串联滞后校正装置
8.4.3应用举例
8.5滞后超前校正
8.5.1串联滞后超前校正应用场合与校正结果
8.5.2串联滞后超前校正装置
8.5.3利用伯德图进行串联滞后超前校正
8.5.4应用举例
8.6反馈校正
8.6.1反馈的作用
8.6.2串联校正与反馈校正的比较
习题
第9章计算机采样控制系统
9.1引言
9.2信号的采样与保持
9.2.1采样过程
9.2.2采样定理
9.2.3采样信号的保持
9.3z变换和z反变换
9.3.1z变换的定义
9.3.2z变换方法
9.3.3z变换的基本定理
9.3.4z反变换
9.4采样控制系统的数学模型
9.4.1脉冲传递函数的定义与求解
9.4.2开环采样系统的脉冲传递函数
9.5采样控制系统的性能分析
9.5.1采样控制系统的稳定性分析
9.5.2采样系统极点分布与瞬态响应的关系
9.5.3采样系统的稳态误差
9.6用MATLAB语言设计数字控制系统
习题
部分习题参考答案
参考文献