控制工程基礎（簡體書）

本書是適合2年制和3年制饑電一體化或相關專業商職高專教育的規劃教材。主要內容包括：自動控制的基本知識，控制系統的數學模型，控制系統的時域舒析和頻域分析，系統的穩定性和穩態誤差分忻，系統性能與校正，并在書中第8章介紹了現代控制理論的主要內容，為讀者提供了學習和拓展控制理論的基礎，第9章列舉了工程實際中典型的控制系統及其分析與設計方法，是全書理論知識的總結和運用。 全書力求以簡單、清晰的文字說明控制理論的基本概念和原理、分析思路及方法，并從工程實際的應用出發，通過火量的例題和習題來幫助讀者理解和掌握內容。選材上適應高職高專院校的教育特點，以必需、夠用、結臺實際為原則，注重歸納與總結。每章後附有小結可以使讀者理清思路、孤住重點。 本書既適用于高職、高專或成人高校的機電類專業學生，也可怍為相關工程技術人員的參考。

自動控制技術從20世紀上半葉形成發展至今，已廣泛應用于眾多領域，控制理論的很多思想和方法不僅應用在3-程技術中，而且已滲透進醫學、生物學甚至社會、經濟等方方面面，控制技術已成為國家、社會現代化的重要標志之一。因此，它也成為當今高科技時代各類、各層科技人員必備的技術基礎知識之一。 近年來，隨著機械加工技術朝著自動化的方向發展，機電結合的高素質工程技術人員在人才市場中供不應求，同時，也對培養這類人才的高職、高專教育提出了更高的要求。《控制工程基礎》作為一門基礎課程已在機電一體化技術、機械制造自動化、數控技術應用等機電類和其他非自控類專業中廣泛開設。 本教材以機電控制的應用為對象，主要闡述經典控制理論的基本概念、基本原理、基本的分析方法和工程中常用的設計校正方法。全書的選材以必需、夠用為度，注重結合實際.注重內容的歸納與總結，力求以簡單、清晰的文字說明控制理論的基本概念和原理、分析思路及方法，并從工程實際的應用角度出發，通過大量的例題和習題來幫助讀者理解和掌握內容。 全書共分9章。第1章概論，第2章控制系統的數學模型，第3章控制系統的時域分析，第4章控制系統的頻域分析，第5章控制系統的穩定性分析，第6章控制系統的誤差分析與計算，第7章控制系統的性能分析與校正，第8章現代控制理論概述，第9章典型控制系統舉例。本書內容特點是：以時域分析為基礎，以頻域分析為重點，以現代控制理論為拓展，以實例分析為運用，充分體現適應高職高專學生使用的特點。每章後都有小結，并提供了大量的習題訓練讀者應用和解決問題的能力。以上內容需90個學時。 本書的編者在教材中充分體現了各兄弟院校在教學實踐和科研實踐中積累的經驗。全書由陳瑞華擔任主編，李應松、朱光衡任副主編。本書由陳瑞華編寫第1章、第3章和第9章，李應松編寫第2章和第8章，朱光衡編寫第4章，耿道森編寫第5章，王志強編寫第6章、第7章。在編寫過程中得到了太原理工大學長治學院劉振興院長、茆有柏副院長的指導和程中寶等老師的大力支持，在此向他們表示誠摯的感謝。

前言第1章概論1.1概述1.2自動控制系統的工作啄理與組成1.3自動控制系統的基本類型1.4對控制系統性能的基本要求本章小結復習思考題第2章控制系統的數學模型2.1控制系統的微分方程2.2傳遞函數2.3系統結構圖2.4系統信號流圖及梅遜公式2.5控制系統的傳遞函數本章小結復習思考題第3章控制系統的時域分析3.1時域分析的基本概念3.2控制系統的典型輸入信號3.3一階系統的瞬態響應3.4二階系統的瞬態響應3.5高階系統的瞬態響應本章小結復習思考題第4章控制系統的頻域分析4.1頻率特性的基本概念4.2乃奎斯特圖分析法4.3開環系統的伯德圖分析4.4由頻率特性曲線求系統傳遞函數4.5控制系統的閉環頻率響應本章小結復習思考題第5章控制系統的穩定性分析5.1系統穩定性的基本概念5.2系統的穩定條件5.3代數穩定判據5.4乃奎斯特穩定判據5.5對數幅相頻率特性的穩定判據5.6系統的相對穩定性本章小結復習思考題第6章控制系統的誤差分析與計算6.1穩態誤差的基本概念6.2給定信號作用下的穩態誤差及計算6.3擾動信號作用下的穩態誤差及計算6.4改善系統穩態精度的方法本章小結復習思考題第7章控制系統的性能分析與校正7.1控制系統的性能指標7.2控制系統的校正7.3串聯校正7.4反饋校正7.5工程最優模型及頻率法的校正設計本章小結復習思考題第8章現代控制理論概述8.1慨述8.2狀態變量法8.3控制系統的可控性與可觀測性8.4狀態反饋與輸出反饋8.5最優控制8.6自適應控制本章小結復習思考題第9章典型控制系統舉例9.1單閉環調速系統的性能分析9.2雙閉環調速系統的設計舉例9.3隨動系統的組成與特點9.4典型控制系統舉例參考文獻

第1章概論 1.1概述 控制工程基礎課程主要闡述的是有關自動控制技術的基礎理淪。目前，精密儀器和機械制造工業發展的一個明顯而重要的趨勢是越來越廣泛而深刻地引入丁控制理論。例如，數控機床、工業機器人、電氣液壓伺服系統、機床動態分析、動態測試、精密儀器設備等都要用到控制工程的基礎知識。21世紀的機械產品將是以整體最佳為目標、以自動挖制為核心的高性能、多功能的機電一體化產品。因此，控制理論不僅是一門極為重要的學科.而且也是科學方法論之一。 所謂自動控制，就是在沒有人直接參與的情況下，使生產過程或被控對象的某些物理量準確地按照預期的規律變化。例如：程序控制機床能夠按預先排定的工藝程序自動地進刀切削，加工出預期的幾何形狀；焊接機器人可以按照工藝要求焊接流水線上的各個機械部件；溫度控制系統能保持恒溫等等。所以這些系統都有一個共同點，即它們都是一個或一些被控制的物理量按照給定量的變化而變化，給定量可以是具體的物理量，例如電壓、位移、角度等等，也可以是數字量。如果給定量是恒定的，一般把這種控制系統叫做恒值調節系統，如穩壓電源、恒溫控制系統等。如果被調量隨著給定量（也叫輸入量）的變化而變化.則是調節系統或隨動系統，例如轉速調節系統、位置隨動系統等。一般地說，如何使被控制量按照給定量的變化規律而變化，這就是控制系統所要解決的基本任務。 控制工程理論強凋用系統的、反饋的、控制的方法來分析研究工程實際問題.它是自動控制、電子技術、計算機科學等多種學科相互滲透的產物。控制論是在本世紀20世紀40年代醞釀形成的，在20世紀50年代以後才得到蓬勃發展。新興學科控制論的奠基人N.維納從1919年就已經萌發控制論的思想，二次大戰期間，維納參加了火炮自動控制的研究工作，他把火炮自動打飛機的動作與人狩獵的行為做了對比，并且發現了極為重要的反饋的慨念一像駕車一類的活動，都是由負反饋調節著，人們不是按照固定的模式來操縱車卜的駕駛盤，而是發現方向靠左了，就向右邊做一個調整，反之亦然。1948年，維納所著《控制論》的出版。標志著這門學科的正式誕生。20世紀50年代以後是控制論的發展時期，一方面，火炮及導彈控制技術極大地發展，數控技術、電力、冶金自動化技術突飛猛進；另一方面，控制理論也日見成熟。1954年，我國科學家錢學森在美國運用控制論的思想和方法，首創了工程控制論。把控制論推廣到工程技術領域。接著，又相繼出現了生物控制論、經濟控制論和社會控制論。