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控制工程基础(第三版)

《控制工程基础(第三版)》是由王积伟、吴振顺主编,高等教育出版社2019年出版的“十五”、“十一五”和“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材、2011年度普通高等教育精品教材、机械设计制造及其自动化专业系列教材之一、教育部新世纪网络课程的主要参考书。该教材可作为高等学校机械类专业控制工程基础课程的教材,也可供有关工程技术人员参考。 
全书共分9章,包括控制系统的基本概念、数学模型、时域分析法、根轨迹分析法、频域分析法等章目。 

控制工程基础(第三版)基本信息

控制工程基础(第三版)教材目录

前辅文

第1章 控制系统的基本概念

1.1 控制系统的工作原理及其组成

1.1.1 工作原理

1.1.2 开环控制和闭环控制

1.1.3 闭环控制系统的组成

1.2 控制系统的基本类型

1.2.1 按输入量的特征分类

1.2.2 按系统中传递信号的性质分类

1.3 对控制系统的基本要求

1.4 控制工程发展概况

习题

第2章 数学模型

2.1 控制系统的运动微分方程

2.1.1 建立数学模型的一般步骤

2.1.2 控制系统微分方程的列写

2.2 拉氏变换和反变换

2.2.1 拉氏变换的定义

2.2.2 几种典型函数的拉氏变换

2.2.3 拉氏变换的主要定理

2.2.4 拉氏反变换

2.2.5 应用拉氏变换求解线性微分方程

2.3 传递函数

2.3.1 传递函数的概念和定义

2.3.2 特征方程、零点和极点

2.3.3 关于传递函数的几点说明

2.3.4 典型环节及其传递函数

2.4 系统框图和信号流图

2.4.1 系统框图

2.4.2 系统框图的简化

2.4.3 系统信号流图和梅森公式

2.4.4 控制系统的传递函数

*2.5 非线性数学模型的线性化

2.5.1 线性化问题的提出

2.5.2 非线性数学模型的线性化

2.5.3 系统线性化微分方程的建立

2.6 控制系统传递函数推导举例

2.6.1 机械系统

2.6.2 液压系统

2.6.3 液位系统

2.6.4 机电系统

2.6.5 热力系统

习题

第3章 时域分析法

3.1 典型输入信号

3.2 一阶系统的时间响应

3.2.1 一阶惯性环节的单位阶跃响应

3.2.2 一阶惯性环节的单位速度响应

3.2.3 一阶惯性环节的单位脉冲响应

3.2.4 线性定常系统时间响应的性质

3.3 二阶系统的时间响应

3.3.1 二阶系统的单位阶跃响应

3.3.2 二阶系统的性能指标

3.4 高阶系统的时间响应

3.5 误差分析和计算标有“*”的章节供多学时专业或学生自学使用。

3.5.1 稳态误差的基本概念

3.5.2 稳态误差的计算

3.5.3 稳态误差系数

3.5.4 扰动引起的稳态误差和系统总误差

3.6 稳定性分析

3.6.1 稳定的概念

3.6.2 稳定的条件

3.6.3 劳思稳定判据

3.7 基于MATLAB与SIMULINK的时域特性分析

3.7.1 基于MATLAB的时域特性分析

3.7.2 基于SIMULINK的时域特性分析

习题

第4章 根轨迹分析法

4.1 基本概念

4.1.1 根轨迹

4.1.2 系统开、闭环零、极点之间的关系

4.1.3 根轨迹方程

4.1.4 广义根轨迹

4.2 根轨迹绘制的一般步骤及其基本规则

4.2.1 预备步骤

4.2.2 根轨迹绘制

4.3 控制系统的根轨迹分析

4.3.1 系统闭环极点的期望位置

4.3.2 增加开环零、极点对根轨迹的影响

4.3.3 单参数可变系统的根轨迹分析举例

4.3.4 多参数可变系统的根轨迹分析举例

4.4 基于MATLAB的根轨迹分析

4.4.1 MATLAB根轨迹分析函数

4.4.2 基于MATLAB根轨迹分析举例

4.4.3 MATLAB根轨迹簇的绘制

习题

第5章 频域分析法

5.1 频率特性的基本概念

5.1.1 频率响应和频率特性

5.1.2 频率特性的求取方法

5.1.3 频率特性的图示方法

5.2 典型环节的频率特性

5.2.1 比例环节

5.2.2 惯性环节

5.2.3 积分环节

5.2.4 理想微分环节

5.2.5 振荡环节

5.2.6 一阶微分环节

5.2.7 二阶微分环节

5.2.8 延迟环节

5.3 系统开环频率特性

5.3.1 最小相位系统

5.3.2 系统开环奈氏图的绘制

5.3.3 系统开环伯德图的绘制

5.3.4 传递函数实验确定法

5.4 频域稳定性判据

5.4.1 奈奎斯特稳定性判据

5.4.2 对数频率特性的稳定性判据

5.4.3 稳定性裕量

5.5 闭环控制系统的频率特性

5.5.1 闭环系统频率特性的求取

5.5.2 闭环系统的频域指标

5.6 频域指标与时域性能指标间的关系

5.6.1 闭环频域指标与时域性能指标之间的关系

5.6.2 开环频域指标与时域性能指标之间的关系

5.7 用系统开环频率特性分析闭环系统性能

5.7.1 低频段

5.7.2 中频段

5.7.3 结论

5.8 基于MATLAB与SIMULINK的频域特性分析

5.8.1 基于MATLAB的频域特性分析

5.8.2 基于SIMULINK的频域特性分析

习题

第6章 控制系统的设计和校正

6.1 概述

6.2 PID控制规律

6.2.1 P控制(比例控制)

6.2.2 PI控制(比例加积分控制)

6.2.3 PD控制(比例加微分控制)

6.2.4 PID控制(比例加积分加微分控制)

6.3 PID控制规律的实现

6.3.1 PD控制规律的实现

6.3.2 PI控制规律的实现

6.3.3 PID控制规律的实现

6.3.4 小结

6.4 频率法设计和校正

6.4.1 PID校正网络参数的确定

6.4.2 近似PID校正网络的参数确定

6.5 并联校正和复合控制

6.5.1 并联校正(反馈校正)

6.5.2 复合控制

6.6 基于MATLAB与SIMULINK的控制系统设计与校正

6.6.1 基于MATLAB的控制系统设计与校正

6.6.2 基于SIMULINK的控制系统设计与校正

习题

第7章 线性离散系统与Z变换

7.1 概述

7.2 采样过程与采样定理

7.2.1 采样过程

7.2.2 采样定理

7.2.3 信号恢复

7.3 Z变换与Z反变换

7.3.1 Z变换

7.3.2 Z反变换

7.3.3 连续系统的离散化方程——差分方程

7.3.4 用Z变换法求解差分方程

7.4 脉冲传递函数

7.4.1 脉冲传递函数

7.4.2 离散系统的开环脉冲传递函数

7.4.3 离散系统的闭环脉冲传递函数

7.4.4 闭环离散系统的过渡过程

7.5 离散系统的稳定性分析

7.5.1 [s]平面到[z]平面之间的映射

7.5.2 线性离散系统稳定的充要条件

7.5.3 线性离散系统稳定性的判别方法

7.6 数字控制器与离散PID控制

7.6.1 数字控制器的脉冲传递函数

7.6.2 离散PID控制器及其校正

7.7 基于SIMULINK的离散系统时域特性分析

习题

第8章 状态空间分析法

8.1 状态变量与状态空间

8.2 连续系统的状态方程及输出方程

8.2.1 由系统微分方程列写状态方程及输出方程

8.2.2 由系统状态变量图列写状态方程及输出方程

8.2.3 由系统框图直接列写状态方程及输出方程

8.3 离散系统的状态方程及输出方程

8.3.1 作用函数不含未来值

8.3.2 作用函数含未来值

8.4 控制系统状态方程的解

8.4.1 连续系统状态方程的解

8.4.2 离散系统状态方程的解

8.5 基于MATLAB与SIMULINK的系统状态空间分析

8.5.1 基于MATLAB的系统状态空间分析

8.5.2 基于SIMULINK的系统状态空间分析

8.6 基于MATLAB的系统数学模型转换

习题

第9章 控制系统的应用和分析

9.1 带钢卷取电液伺服控制系统

9.1.1 概述

9.1.2 控制系统的组成和工作原理

9.1.3 控制系统性能分析

9.2 电压-转角机电伺服控制系统

9.2.1 概述

9.2.2 控制系统的组成和工作原理

9.2.3 控制系统性能分析

*9.3 仿形刀架机液伺服控制系统

9.3.1 概述

9.3.2 控制系统的组成和工作原理

9.3.3 控制系统性能分析

*9.4 定量浇注气动调节控制系统

9.4.1 概述

9.4.2 控制系统的组成和工作原理

9.4.3 控制系统性能分析

附录

附录A 常用函数的拉氏变换和Z变换表

附录B Z变换基本定理

附录C 矩阵运算

附录D 基本的数值解法

附录E 部分习题参考答案

参考文献

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控制工程基础(第三版)教学资源

  • 课程资源

《控制工程基础(第三版)》配有Abook数字课程,该数字课程为多媒体课件。

数字课程名称

出版社

出版时间

内容提供者

“控制工程基础(第三版)”数字课程

高等教育出版社

2019年2月

王积伟、吴振顺

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控制工程基础(第三版)成书过程

控制工程基础(第三版)修订情况

《控制工程基础(第三版)》修订工作侧重以下几方面:

1)因考虑多数高校对控制工程基础课程的教学安排一般在48学时左右,为节省篇幅,前两版没有编入“根轨迹分析法”的内容。第三版修订补充了“根轨迹分析法”,并将其列为第4章。

2)为保持全书章节的平衡协调,对原第7章状态空间分析法进行适当“瘦身”,删除部分繁杂内容。

3)更新了书中一些陈旧内容,补充了若干新的应用实例和习题。

《控制工程基础(第三版)》由王积伟修改定稿,参加《控制工程基础(第三版)》编写的有:东南大学王积伟(第1、2章,附录A和E),北京科技大学吕卫阳(第3章),天津大学王树新(第4章),哈尔滨理工大学王振波(第5章),哈尔滨工业大学吴振顺(第6、7章,附录B、C、D),东北大学张健成(第8章),哈尔滨工业大学李松晶博士(第6、7章的习题和参考答案)。

《控制工程基础(第三版)》编审工作人员名单

主编

王积伟、吴振顺

参编

王树新、王振波、吕卫阳、许飞云、张健成

主审

西安交通大学博士生导师何钺教授

参审

清华大学腾云鹤教授、北京工业大学薛文贤教授

控制工程基础(第三版)出版工作

2019年2月27日,《控制工程基础(第三版)》由高等教育出版社出版。

《控制工程基础(第三版)》出版工作人员名单

策划编辑

责任编辑

封面设计

版式设计

插图绘制

责任校对

责任印制

卢广

卢广

李卫青

童丹

于博

张薇

赵义民

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控制工程基础(第三版)常见问题

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控制工程基础(第三版)内容简介

《控制工程基础(第三版)》全书共分9章:第1章控制系统的基本概念,第2章数学模型,第3章时域分析法,第4章根轨迹分析法,第5章频域分析法,第6章控制系统的设计和校正,第7章线性离散系统与Z变换,第8章状态空间分析法,第9章控制系统的应用和分析,书末附有5个附录,每章附有习题,附录E有部分习题参考答案。

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控制工程基础(第三版)教材特色

《控制工程基础(第三版)》的特点是:淡化经典控制与现代控制的界限,突出方法论;阐述共性问题,适应拓宽专业口径的需要;不苛求严格的数学推证,从直观的物理概念出发分析问题、解决问题;特别重视工程应用,除每章附有较多机、电、液、气方面的例题外,还专辟一章介绍控制理论在工程中应用的成功实例;采用MATLAB与SIMULINK等先进软件分析和设计系统;编写体系符合教学规律;传授科学知识与培养创新能力并重。

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控制工程基础(第三版)作者简介

王积伟,东南大学教师。

吴振顺,哈尔滨工业大学教师。 2100433B

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控制工程基础(第三版)文献

控制工程基础课程性质

控制工程基础课程背景

随着科学技术的飞速发展,自动控制技术越来越广泛地应用于工业、农业、交通、国防、宇航、国民生活等各个领域。作为电气信息类专业的学生,学习并掌握自动控制的基本理论和方法,对正确运用控制论这一科学方法论分析和解决问题,具有重要的理论意义和现实意义。

控制工程基础课程定位

控制工程基础课程是自动化学科的专业基础课。

控制工程基础适应对象

该课程授课对象主要为自动化、电气工程及其自动化等专业的本科生。

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控制工程基础(双语)参考教材

《Fundamentals of Control Engineering》, Sun Jing, Science Press, 2017.

《控制工程基础》,孔祥东,姚成玉,机械工业出版社,2019.

《控制工程基础》,张尚才,浙江大学出版社,2012.

《Modeling and Analysis of Dynamic System》,Charles M. Close,Dean K. Frederick,John Wiley & Sons, INC., 2002, 3rd Edition.

《Introduction to and Dynamics and Control in Mechanical Engineering Systems》, Cho, W. S. To. , John Willey & Sons, Inc. 2016.

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控制工程基础(第3版)教学资源

  • 配套教材

该教材配有辅助教材《控制工程基础(第3版)习题解》《控制工程基础实验指导》和教师用《控制工程基础习题解》。

书名

书号

出版社

作者

《控制工程基础(第3版)习题解》

9787302221715

清华大学出版社

董景新、郭美凤、陈志勇、刘云峰

  • 课程资源

该教材还配有和多媒体课件。

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