工程控制基礎

工程控制基礎的主要任務是講清自動控制系統的基本原理，指導學生學會對實際控制系統的抽象，完成機構圖的繪製、數學模型的建立和對控制系統的分析與設計。主要包括系統在三域（時域、復域、頻域）中的數學模型，系統分析的三要素（穩定性、靜態特性和動態特性），以及基於根軌跡法和頻率法設計系統各種校正裝置的方法，等等。

MATLAB是當前一種常用的計算機輔助設計軟件，它為控制系統的分析與設計提供了專用的工具包。本書在各章都將介紹MATI．AB的相關應用。本書基本概念清晰，工程實例豐富，配有大量習題（包括一般題、深入題、實際題和MATlAB題）。

本書可作為高等學校工科各專業，如電子信息類、機械工程類、電氣工程類、儀器儀表類、工程物理類等專業本科生學習控制理論的教材，也可供相關領域專業技術人員參考。

田作華，上海交通大學教授、博士生導師。1946年10月生，1970年畢業於上海交通大學自動化系，專業方向：控制理論與控制工程。現任教育部高等學校自動化專業教學指導分委員會副主任委員，指導性自動化專業規範課題組負責人。先後主持完成各類課題50餘項，發表論文150餘篇，其中SCI、EI收錄50餘篇。長期從事教學工作，主編控制類教材兩本，獲省部級優秀教學成果一等獎1項、優秀教材一等獎2項、二等獎l項，主講課程7門。

第1章導論

1.1引言

1.2自動控制系統的基本原理和組成

1.2.1自動控制系統基本原理

1.2.2自動控制系統的組成

1.3自動控制系統的分類

1.3.1按信號的傳遞路徑來分

1.3.2按系統輸出信號的變化規律來分

1.3.3按系統傳輸信號的性質來分

1.3.4按系統的輸入輸出特性不同來分

1.4控制系統實例

1.4.1內燃機的轉速控制系統

1.4.2角度隨動系統

1.5本書概貌

習題

第2章控制系統的數學模型

2.1控制系統的時域數學模型——微分方程

2.1.1系統的微分方程舉例

2.1.2非線性系統的線性化

2.2控制系統的復域數學模型——傳遞函數

2.2.1傳遞函數定義

2.2.2傳遞函數性質

2.3控制系統的頻域數學模型——頻率特性

2.4典型環節及其傳遞函數

2.4.1比例環節

2.4.2微分環節

2.4.3積分環節

2.4.4慣性環節(非週期環節)

2.4.5振盪環節

2.4.6時間延遲環節(時滯環節)

2.5控制系統的方塊圖

2.5.1系統方塊圖

2.5.2方塊圖的基本運算法則

2.5.3系統常用的傳遞函數

2.5.4方塊圖的簡化法則

2.6信號流圖

2.6.1幾個定義

2.6.2信號流圖的性質及運算法則

2.6.3信號流圖與方塊圖之間等效關係

2.6.4梅遜(Mason)公式

2.7物理元件和系統的數學模型

2.7.1機械系統

2.7.2電氣系統

2.7.3熱力系統

2.7.4液位系統

2.7.5典型位置隨動系統的數學模型

2.8MATLAB在系統數學模型轉換中的應用

2.8.1MATLAB中傳遞函數的分式多項式的表示

2.8.2傳遞函數的零極點表示

2.8.3用MATLAB計算系統的傳遞函數

2.8.4MATLAB中多項式與因式分解形式的互相轉換

小結

習題

第3章自動控制系統的時域分析

3.1常用的典型測試信號

3.1.1階躍信號

3.1.2速度信號(斜坡信號)

3.1.3加速度信號(拋物線信號)

3.1.4脈衝信號

3.1.5正弦信號

3.2控制系統的穩定性分析

3.2.1穩定性的基本概念

3.2.2線性定常系統穩定的充分必要條件

3.2.3勞斯(Routh)穩定性判據

……

第4章根軌跡法

第5章線性系統的頻域分析——頻率響應法

第6章線性控制系統的設計

第7章非線性反饋控制系統

第8章計算機控制系統

附錄

附錄1常見系統的根軌跡

附錄2拉氏變換及Z變換表

附錄3常用校正裝置

參考文獻