機械工程控制基礎(高職高專)（簡體書）

由劉玉山主編的《機械工程挖掘基礎》以經典控制理論為基礎，主要講
述控制工程的基本概念、基本原理以及MATLAB軟件在控制系統分析與設計中
的應用。內容包括系統的數學模型、時域分析、頻域分析、根軌跡分析、系
統的穩定性以及系統校正設計等部分。本書注重控制理論在機械工程中的應
用，配有適量的工程實例，各章均配有習題，并在書後附有部分習題的參考
答案。
《機械工程挖掘基礎》可作為機械設計制造及自動化、機電一體化和數
控技術等專業的高職學生教材，也可供相關專業工程技術人員參考。

由劉玉山主編的《機械工程挖掘基礎》強調理論知識以“必需、夠用”為度，以掌握概念、強化應用為重點安排教學內容，刪減一些煩瑣難懂的理論推導，同時兼顧課程的實用性和先進性，將目前較為流行的MATLAB軟件的使用融入全書的教學內容當中。在例題和習題的選取方面，兼顧在機械系統和電氣系統中的應用，選取難易適中、通俗易懂、同時又能較好地體現基本理論及基本知識應用的實例，使讀者更容易理解掌握。

1　緒論
　1.1　機械工程控制論概述
1.1.1　控制理論的產生與發展
l.1.2　本課程的研究對象
　1.2　控制系統的一般概念
1.2.1　控制和控制系統
1.2.2　控制系統的分類
1.2.3　自動控制系統的組成
　1.3　控制系統的基本要求
　1.4　課程的特點及學習方法
　本章小結
　思考題與習題
2　系統的數學模型
　2.1　系統的微分方程
2.1.1　系統微分方程的建立
2.1.2　微分方程建立舉例
　2.2　傳遞函數
2.2.1　傳遞函數的定義
2.2.2　傳遞函數的性質
2.2.3　典型環節的傳遞函數
　2.3　系統方框圖及其簡化
2.3.1　系統方框圖的組成
2.3.2　系統方框圖的建立
2.3.3　系統方框圖的簡化
　2.4　系統數學模型推導舉例
　2.5　MATIJAB在系統數學模型中的應用
2.5.1　傳遞函數在MATLAB中的表達形式
2.5.2　將以多項式表示的傳遞函數轉換成零極點形式
2.5.3　傳遞函數的模型簡化
　本章小結
　思考題與習題
3　時域分析
　3.1　概述
3.1.1　典型輸入信號
3.1.2　時間響應
　3.2　一階系統的時間響應
3.2.1　一階系統的單位階躍響應
3.2.2　一階系統的單位脈沖響應
　3.3　二階系統的時間響應.
3.3.1　二階系統的典型傳遞函數
3.3.2　不同阻尼比下的階躍響應
　3.4　二階系統響應的性能指標
3.4.1　上升時間tr
3.4.2　峰值時間tp
3.4.3　最大超調量δ
3.4.4　調節時間ts
3.4.5　振蕩次數N
　3.5　高階系統的響應分析
　3.6　穩態誤差分析與計算
3.6.1　系統穩態誤差的概念
3　6.2　系統的型別
3.6.3　系統穩態誤差的計算
　3.7　MATLAB在時域分析中的應用
3.7.1　系統的時域響應
3.7.2　系統誤差分析
　本章小結
　思考題與習題
4　頻域分析
　4.1　概述
4.1.1　頻率特性的概念
4.1.2　頻率特性求取方法
4.1.3　頻率特性的表示方法
　4.2　幅相頻特性曲線——Nyquist圖
4.2.1　典型環節的Nyquist圖
4.2.2　開環Nyquist圖的大致形狀
4.2　3　Nyquist圖的畫法
　4.3　對數頻率特性圖——Bode圖.
4.3.1　典型環節的Bode圖
4.3.2　繪制Bode圖的基本步驟
　4.4　閉環頻率特性
　4.5　閉環系統性能分析
4.5.1　諧振峰值和諧振頻率
4.5.2　截止頻率和帶寬
　4.6　最小相位系統
　4.7　MATLAB在頻域分析中的應用
4.7.1　用MATLAB繪制Bode圖
4.7.2　用MATLAB繪制Nyquist圖
　本章小結
　思考題與習題
5　控制系統的穩定性
　5.1　概述
5.1.1　系統穩定的基本概念
5.1.2　系統穩定的條件
　5.2　勞斯一胡爾維茨穩定判據
5.2.1　胡爾維茨穩定性判據
5.2.2　勞斯判據
　5.3　奈奎斯特穩定判據
5.3.1　奈奎斯特穩定判據
5.3.2　開環頻率特性曲線比較復雜時奈氏判據的應用
5.3.3　對數頻率特性判據
　5.4　系統的相對穩定性
5.4.1　相角裕度
5　4.2　幅值裕度
　5.5　MATLAB在系統穩定性分析中的應用
5.5.1　代數穩定性判據
5.5.2　奈氏圖判斷系統穩定性
5.5.3　伯德圖判斷系統穩定性
　本章小結
　思考題與習題
6　系統的根軌跡
　6.1　根軌跡與控制系統特性
6.1.1　根軌跡基本概念
6.1.2　繪制根軌跡的相角條件和幅值條件（根軌跡方程）　
　6.2　繪制根軌跡的基本法則
6.2.1　常規根軌跡
6.2.2　參數根軌跡
　6.3　用根軌跡分析控制系統的性能
6.3.1　基于根軌跡的系統穩定性分析
6.3.2　基于根軌跡的系統穩態性能分析
6.3.3　基于根軌跡的系統動態性能分析
6.3.4　增加零、極點對系統根軌跡的影響
　6.4　MATLAB在根軌跡分析中的應用
6.4.1　開環傳遞函數的表示
6.4.2　由傳遞函數求零點和極點
6.4.3　繪制系統根軌跡
　本章小結
　思考題與習題
7　系統的校正設計
　7.1　概述
　7.2　串聯校正
7.2　1　串聯超前校正
7.2.2　串聯滯後校正
7　2.3　串聯滯後一超前校正
　7.3　PID校正系統
7.3.1　比例（P）控制規律
7.3.2　比例一微分（PD）控制規律
7.3.3　積分（I）控制規律
7.3.4　比例一積分（PI）控制規律
7.3.5　比例一積分一微分控制規律
　7.4　反饋校正
　7.5　串聯校正和反饋校正裝置的優缺點比較
　7.6　MATLAB在系統校正中的應用
　本章小結
　思考題與習題
附錄A　MAllLAB基礎
附錄B　拉普拉斯（LapIace）變換
附錄C　常用拉普拉斯變換表
習題參考答案
參考文獻