本書此次修訂按照打造新工科精品教材的要求,以培養(yǎng)新素養(yǎng)形成新能力為牽引重構(gòu)課程邊界、按教學(xué)實(shí)踐積累總結(jié)和新工科要求重塑課程知識(shí)點(diǎn)、按與時(shí)俱進(jìn)的時(shí)代特征要求提供媒體教學(xué)內(nèi)容,精心對(duì)第3版進(jìn)行了諸多重要修訂,使內(nèi)容更為優(yōu)化,更切合時(shí)代需求。本書主要介紹控制工程中分析和綜合線性定常系統(tǒng)的時(shí)、頻域理論和方法,內(nèi)容包括:緒論、數(shù)學(xué)模型、時(shí)域分析、頻域分析、綜合與校正。本書正文融入有針對(duì)性的例題,并精選習(xí)題,附有MATLAB/Simulink軟件在控制工程中的應(yīng)用實(shí)例、實(shí)踐項(xiàng)目工程教學(xué)案例、電液控制系統(tǒng)分析與綜合工程實(shí)例以及習(xí)題參考答案。本書配套有PPT教學(xué)課件和微信公眾教學(xué)資源(登錄方法見封底勒口),微信公眾教學(xué)資源有教學(xué)課件、習(xí)題詳解、擴(kuò)展閱讀等內(nèi)容,便于學(xué)習(xí)與交流互動(dòng)。
第4版前言
本書第3版榮獲中國機(jī)械工業(yè)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)三等獎(jiǎng)。本書前3版分別于1989年、2000年、2008年出版,累計(jì)30余印次,深受高校師生與讀者的好評(píng)、支持和肯定。本書自第3版出版以來,我們得到了兄弟院校師生反饋的許多寶貴建議。為打造精品教材,編者在教學(xué)一線與科研實(shí)踐中不斷思考和總結(jié)。適逢教育部推出以培養(yǎng)未來多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才為目標(biāo)的“新工科”計(jì)劃,以適應(yīng)新科技革命、新產(chǎn)業(yè)革命和新經(jīng)濟(jì)發(fā)展背景下對(duì)工程教育的新需求。為此,我們根據(jù)“新工科”計(jì)劃并在教學(xué)實(shí)踐積累總結(jié)的基礎(chǔ)上,對(duì)本書進(jìn)行了邊界再界定和內(nèi)容再修訂。
本次修訂的內(nèi)容主要有以下幾個(gè)方面:
(1) 按培養(yǎng)新素養(yǎng)、形成新能力的要求確定課程邊界控制工程基礎(chǔ)是為泛機(jī)械類工科專業(yè)開設(shè)的學(xué)科基礎(chǔ)課,也是學(xué)科交叉課,其大量的概念、方法和原理,對(duì)于泛機(jī)械類工科專業(yè)的后續(xù)課程和控制工程的許多學(xué)科分支,都具有十分重要的基礎(chǔ)作用;诖,本書設(shè)計(jì)總學(xué)時(shí)為32~40學(xué)時(shí)(授課28~36學(xué)時(shí),實(shí)驗(yàn)4學(xué)時(shí)),主要針對(duì)經(jīng)典控制理論中的線性定常系統(tǒng),闡明控制工程的模型、分析和控制三個(gè)基本問題。全書共分5章,內(nèi)容包括緒論、數(shù)學(xué)模型、時(shí)域分析、頻域分析、綜合與校正。
(2) 按教學(xué)實(shí)踐積累、總結(jié)和“新工科”要求重塑課程知識(shí)點(diǎn)本書編寫團(tuán)隊(duì)涵蓋了機(jī)械、液壓和自動(dòng)化等專業(yè)的教師,具有豐富的教學(xué)與科研經(jīng)驗(yàn),在總結(jié)第3版以來的教學(xué)規(guī)律和經(jīng)驗(yàn),汲取兄弟院校教學(xué)實(shí)踐中的建議和意見,尤其是在“新工科”對(duì)工程教育的改革方向和要求的基礎(chǔ)上,對(duì)全書重新編排和調(diào)整,對(duì)各章內(nèi)容進(jìn)行更新和凝煉,對(duì)核心知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行凸顯和關(guān)聯(lián),對(duì)例題和習(xí)題進(jìn)行修改和精煉,新增課程“工程實(shí)踐項(xiàng)目教學(xué)案例”和“控制系統(tǒng)的分析與綜合工程實(shí)例”,并有MATLAB/Simulink軟件在控制工程中的應(yīng)用實(shí)例和習(xí)題參考答案。
(3) 按與時(shí)俱進(jìn)的時(shí)代特征要求提供多媒體教學(xué)內(nèi)容為切合新媒體時(shí)代的信息獲取與學(xué)習(xí)特征,本書配有PPT教學(xué)課件(請(qǐng)使用本書的老師到機(jī)械工業(yè)出版社教育服務(wù)網(wǎng)www.cmpedu.com下載);同時(shí),本書配套微信公眾教學(xué)資源(有教學(xué)課件、習(xí)題詳解、擴(kuò)展閱讀等內(nèi)容,登錄方法見封底勒口),用于同步輔助教學(xué),便于教學(xué)互動(dòng)、各;ヂ(lián)、反饋改進(jìn),方便學(xué)生隨時(shí)查詢和學(xué)習(xí)課程內(nèi)容,進(jìn)行延伸關(guān)聯(lián)閱讀,使碎片式、查詢式學(xué)習(xí)與正式學(xué)習(xí)相互補(bǔ)充,有利于進(jìn)行大數(shù)據(jù)反饋分析并持續(xù)改進(jìn),提升教學(xué)與教材質(zhì)量。
本書由燕山大學(xué)孔祥東教授、姚成玉教授擔(dān)任主編。第1~2章、附錄B由孔祥東教授和艾超副教授編寫,第3章和附錄A由姚成玉教授編寫,第4章由王躍靈博士后和王洪斌教授編寫,第5章及附錄C由李建雄副教授和方一鳴教授編寫。各章教學(xué)課件和習(xí)題詳解由各章編者完成。全書由孔祥東教授、姚成玉教授統(tǒng)稿。研究生陳立娟為本書部分內(nèi)容的編寫給予了幫助。
衷心感謝華中科技大學(xué)前校長、中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)第十一屆理事會(huì)理事長、教育部機(jī)械類教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)主任委員(2013~2017年)、中國工程院院士李培根教授為本書作序。
衷心感謝浙江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院院長、中國工程院院士楊華勇教授和北京航空航天大學(xué)自動(dòng)化科學(xué)與電氣工程學(xué)院院長、長江學(xué)者特聘教授焦宗夏擔(dān)任本書主審。
本書是在前3版基礎(chǔ)上進(jìn)一步改進(jìn)和更新完成的,這里向不再參與本次編寫但具有歷史性貢獻(xiàn)的編者——東北重型機(jī)械學(xué)院/燕山大學(xué)王益群、李久彤、韓德才、高英杰、焦曉紅、祁曉野、權(quán)凌霄和西安交通大學(xué)的陽含和、楊公仆、王馨等以及前3版的主審東北大學(xué)周士昌、西安交通大學(xué)史維祥、北京航空航天大學(xué)王占林、上海交通大學(xué)范崇托等表示崇高的敬意。
燕山大學(xué)焦曉紅教授審閱了本書部分章節(jié),東北大學(xué)段洪君、湖南師范大學(xué)金耀、武漢輕工大學(xué)嚴(yán)清華、北京信息科技大學(xué)陳秀梅、同濟(jì)大學(xué)靳文瑞、湘潭大學(xué)張大兵、內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)孟瑞鋒、河北科技大學(xué)陳繼榮、河北科技師范學(xué)院陳春明等兄弟院校的任課教師,以及燕山大學(xué)李慧劍、劉爽、李峰磊、劉志新、賀有智、楊晟剛、羅小元、馬鍇、唐英干等教師提出了許多寶貴意見或修訂建議,在此一并表示衷心的感謝。
衷心感謝機(jī)械工業(yè)出版社責(zé)任編輯劉小慧老師多年來對(duì)本書第3、4版工作的支持和幫助。
本書難免有漏誤和不足,敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正。
聯(lián)系方式:郵箱control@ysueducn,電話13930358822(QQ微信同號(hào))。
編者2018年10月
第3版前言
本書在《控制工程基礎(chǔ)》第2版(王益群、孔祥東主編,機(jī)械工業(yè)出版社,2000)的基礎(chǔ)上重新修訂編寫,是普通高等教育“十一五”國家級(jí)規(guī)劃教材。
本書在編寫過程中結(jié)合編者近幾年的教學(xué)改革經(jīng)驗(yàn)、科研積累以及讀者的反饋意見,并廣泛參考了國內(nèi)外同類教材和相關(guān)文獻(xiàn),從教學(xué)、考研及工程實(shí)用性需求等角度出發(fā),力求做到使教材內(nèi)容概念表達(dá)準(zhǔn)確、知識(shí)結(jié)構(gòu)調(diào)整合理、教學(xué)安排層次清晰,并進(jìn)一步突出“控制工程基礎(chǔ)”的主要特點(diǎn)。
本書主要介紹工程中廣為應(yīng)用的經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論中系統(tǒng)分析與綜合的基本方法。全書共分十章:前六章屬于經(jīng)典控制理論中的線性定常連續(xù)控制系統(tǒng)問題,闡明了自動(dòng)控制的三個(gè)基本問題,即模型、分
序言
第4版前言
第3版前言
第2版前言
第1版前言
第1章緒論1
11概述1
12控制系統(tǒng)的基本概念3
121控制系統(tǒng)的工作原理4
122開環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)5
123閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成6
124控制系統(tǒng)的基本類型7
125對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求8
13控制工程基礎(chǔ)的主要任務(wù)與知識(shí)
體系9
131主要任務(wù)9
132知識(shí)體系9
本章小結(jié)10
習(xí)題10
第2章控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型11
21控制系統(tǒng)的微分方程及線性化方程11
211機(jī)械系統(tǒng)的微分方程11
212電氣系統(tǒng)的微分方程14
213液壓系統(tǒng)的線性化微分方程16
214機(jī)電液系統(tǒng)的相似性18
22拉普拉斯變換及反變換19
221拉普拉斯變換及其運(yùn)算法則19
222拉普拉斯反變換及其計(jì)算方法23
23傳遞函數(shù)及基本環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)30
231傳遞函數(shù)30
232基本環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)32
24框圖及其簡化35
241框圖組成及連接方式35
242框圖等效變換39
243梅遜公式42
本章小結(jié)46
習(xí)題46
第3章控制系統(tǒng)的時(shí)域分析51
31控制系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)及性能指標(biāo)51
311典型輸入信號(hào)51
312時(shí)間響應(yīng)概述54
313瞬態(tài)性能指標(biāo)56
314穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)58
32一階系統(tǒng)的時(shí)域分析58
321一階系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型58
322一階系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)59
323一階系統(tǒng)的瞬態(tài)性能指標(biāo)61
33二階系統(tǒng)的時(shí)域分析62
331二階系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型62
332二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)63
333欠阻尼二階系統(tǒng)的瞬態(tài)性能
指標(biāo)66
34高階系統(tǒng)的時(shí)域分析72
35穩(wěn)定性及其勞斯穩(wěn)定判據(jù)73
351穩(wěn)定性的概念73
352線性定常系統(tǒng)穩(wěn)定的充要
條件74
353勞斯穩(wěn)定判據(jù)75
36穩(wěn)態(tài)誤差分析與計(jì)算82
361誤差的定義82
362穩(wěn)態(tài)誤差的基本概念83
363穩(wěn)態(tài)誤差的計(jì)算85
37根軌跡法89
371根軌跡的基本概念89
372幅值條件和相角條件90
373根軌跡的繪制91
本章小結(jié)95
習(xí)題95
第4章控制系統(tǒng)的頻域分析98
41頻率特性的基本概念98
42頻率特性圖形表示法102
421Nyquist圖102
422Bode圖108
423最小相位系統(tǒng)118
43幾何穩(wěn)定判據(jù)120
431奈氏判據(jù)120
432對(duì)數(shù)判據(jù)122
44相對(duì)穩(wěn)定性123
441相角裕度和幅值裕度123
442相對(duì)穩(wěn)定性的計(jì)算與分析125
45閉環(huán)頻率特性128
451由開環(huán)頻率特性估計(jì)閉環(huán)頻率
特性128
452閉環(huán)系統(tǒng)的頻域性能指標(biāo)129
453系統(tǒng)辨識(shí)的概念130
本章小結(jié)134
習(xí)題135
第5章控制系統(tǒng)的綜合與校正139
51概述139
511校正的概念和實(shí)質(zhì)139
512控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)140
513校正方法142
514校正方式142
52基本控制規(guī)律及PID參數(shù)整定143
521基本控制規(guī)律及其作用144
522PID參數(shù)整定方法146
53串聯(lián)校正148
531相位超前校正裝置149
532相位滯后校正裝置150
533相位滯后超前校正裝置153
534串聯(lián)校正裝置的設(shè)計(jì)155
54反饋校正162
541反饋的作用163
542反饋校正裝置的設(shè)計(jì)163
55復(fù)合校正166
551按給定量順饋補(bǔ)償控制器的
設(shè)計(jì)166
552按擾動(dòng)量前饋補(bǔ)償控制器的
設(shè)計(jì)170
本章小結(jié)170
習(xí)題171
附錄175
附錄AMATLAB/Simulink軟件在控制
工程中的應(yīng)用實(shí)例175
附錄B閥控缸位置閉環(huán)控制系統(tǒng)實(shí)踐
項(xiàng)目工程教學(xué)案例185
附錄C轉(zhuǎn)速反饋直流調(diào)速控制系統(tǒng)的
分析與綜合192
習(xí)題參考答案201
參考文獻(xiàn)207