機電控制工程基礎（簡體書）

本教材是在總結近年來教學實踐經驗并借鑒同類優秀教材的基礎上，根據中央廣播電視大學機械設計制造及其自動化專業“機電控制工程”教學大綱編寫而成的。《機電控制工程基礎》較全面、系統地闡述了經典控制理論的基本概念、基本原理和自動控制系統的主要分析方法，主要內容包括：線性連續定常系統數學模型的建立，分析系統的時域法、根軌跡法和頻率法，線性系統的校正和綜合等問題，并在附錄中介紹了拉氏變換等基礎知識，各章均附有適當的習題。
《機電控制工程基礎》可作為普通高等學校機電類專業的本科教材，也可作為成人教育和繼續教育的教材，還可作為科技人員的參考書。

《機電控制工程基礎》由中央廣播電視大學出版社出版。

自動控制技術作為一種技術手段已廣泛地應用于工農業生產、交通運輸和國防建設等領域。指導自動控制系統分析和設計的控制理論也有了很大的發展。在20世紀40年代和50年代中發展起來的經典控制理論至今仍被成功地應用于單變量定常系統的分析和設計。為了適應廣播電視大學機電類本科生教學的需要，根據相應的教學大綱和學時安排，遵循“必需”、“夠用”的原則，選取了經典控制理論的基礎部分作為主要內容，編寫了本教材。
本書共安排6章內容：
第1章介紹了自動控制系統的基本概念，重點討論了反饋控制系統的工作原理和組成，并初步介紹了控制系統的性能指標。
第2章介紹了自動控制系統的數學模型，包括微分方程、傳遞函數及圖形化的數學模型——系統動態結構圖，并介紹了利用結構圖的等效變換來確定系統傳遞函數的方法。
第3章介紹了自動控制系統的時域分析，重點討論了一階系統、二階系統的分析和計算，系統穩定性分析（勞斯判據），穩態誤差的分析與計算。
第4章介紹了根軌跡法，包括根軌跡方程與根軌跡的繪制法則及利用根軌跡對系統的性能進行分析的方法。
第5章介紹了頻率響應法，包括頻率特性及其圖示方法和物理意義，頻域穩定判據及開、閉環頻率特性與系統性能的關系。

1 自動控制系統的基本概念
1.1 概述
1.2 自動控制系統的基本環節及表達式
1.3 自動控制系統的分類
1.4 自動控制系統的基本要求
習題

2 自動控制系統的數學模型
2.1 控制系統微分方程的建立
2.2 非線性數學模型的線性化
2.3 傳遞函數
2.4 系統動態結構圖
習題

3 自動控制系統的時域分析
3.1 自動控制系統的時域分析基礎
3.2 一階系統的階躍響應
3.3 二階系統的階躍響應
3.4 高階系統的階躍響應
3.5 控制系統的穩定性分析
3.6 控制系統的誤差分析
習題

4 根軌跡法
4.1 根軌跡的基本概念
4.2 根軌跡的繪制法則
4.3 典型系統的根軌跡
4.4 廣義根軌跡
4.5 用根軌跡法分析系統的動態特性
習題

5 頻率響應法
5.1 頻率特性的基本概念
5.2 典型環節的頻率特性
5.3 系統的開環頻率特性
5.4 用頻率特性分析系統的穩定性
5.5 頻率特性分析
習題

6 控制系統的校正與綜合
6.1 概述
6.2 串聯校正
6.3 基于頻率法的串聯校正
6.4 基于根軌跡法的串聯校正
6.5 反饋校正
6.6 前饋校正
6.7 系統設計中常遇到的一些問題
習題
機電控制工程基礎實驗指導
實驗1 典型環節的模擬研究
實驗2 動態系統的時域分析
實驗3 動態系統的數值模擬
實驗4 動態系統的頻率特性研究
實驗5 動態系統的校正研究
附錄1 XMN－2型自動控制原理學習機系統使用手冊
附錄2 拉普拉斯變換及反變換
附錄3 常見的無源及有源校正網絡
參考文獻

在各種生產過程以及生產設備中，常常需要使其中某些物理量（如溫度、壓力、位置和轉速等）保持恒定，或者讓它們按照一定的規律變化。要滿足這種需要，就應該對生產機械或設備進行及時的控制和調整，以抵消外界的擾動和影響。那么，控制系統是怎樣實現對這些物理量的自動控制的呢？自動控制系統為什么能夠保持溫度、壓力或轉速恒定？火炮又為什么能夠自動跟蹤目標？要回答這些問題，我們還是先看看恒溫控制系統這個例子，研究一下它是怎樣實現恒溫控制的，在這個基礎上再總結出控制系統的共同規律。
實現恒溫控制有兩種方法：人工控制和自動控制，其中，很多自動控制都是受到人工控制的啟發而實現的。圖1－1所示為人工控制的恒溫控制箱。人工控制的任務是克服外來干擾（如電源電壓波動、環境溫度變化等），保持恒溫箱的溫度恒定，以滿足物體對溫度的要求。這可以通過移動調壓器活動觸頭的位置來改變加熱電阻絲的電流，以達到所要求的溫度的目的。箱內溫度是由溫度計進行測量的。人工調節過程可以歸納如下：
（1）觀察由測量元件（溫度計）測出的恒溫箱的溫度（被控制量）。
（2）與要求的溫度值（給定值）進行比較，得出偏差大小和方向。
（3）根據偏差的大小和方向再進行控制。若恒溫箱的溫度高于所要求的給定溫度值，就移動調壓器將電流減小，使溫度降到正常范圍內；若恒溫箱的溫度低于給定的溫度值，就移動調壓器將電流增加，使溫度升到正常范圍內。
因此，人工控制的過程就是測量、求偏差、再控制以糾正偏差的過程。簡單地講，就是“檢測偏差用以糾正偏差”的過程。顯然，其中需要一個測量元件（溫度計）和一個控制元件（如調壓器），并需要將被控制量（恒溫箱的溫度）與給定溫度進行比較，以及決定怎樣去控制調壓器，這些都是通過人來實現的。