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、按教學實踐積累總結(jié)和新工科要求重塑課程知識點、按與時俱進的時代特征要求提供媒體教學內(nèi)容,精心對第3版進行了諸多重要修訂,使內(nèi)容更為優(yōu)化,更切合時代需求。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、頻域理論和方法,內(nèi)容包括:緒論、數(shù)學模型、時域分析、頻域分析、綜合與校正。本書正文融入有針對性的例題,并精選習題,附有MATLAB/Simulink軟件在控制工程中的應(yīng)用實例、實踐項目工程教學案例、電液控制系統(tǒng)分析與綜合工程實例以及習題參考答案。本書配套有PPT教學課件和微信公眾教學資源(登錄方法見封底勒口),微信公眾教學資源有教學課件、習題詳解、擴展閱讀等內(nèi)容,便于學習與交流互動。
第4版前言
本書第3版榮獲中國機械工業(yè)科學技術(shù)獎三等獎。本書前3版分別于1989年、2000年、2008年出版,累計30余印次,深受高校師生與讀者的好評、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,編者在教學一線與科研實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的“新工科”計劃,以適應(yīng)新科技革命、新產(chǎn)業(yè)革命和新經(jīng)濟發(fā)展背景下對工程教育的新需求。為此,我們根據(jù)“新工科”計劃并在教學實踐積累總結(jié)的基礎(chǔ)上,對本書進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)是為泛機械類工科專業(yè)開設(shè)的學科基礎(chǔ)課,也是學科交叉課,其大量的概念、方法和原理,對于泛機械類工科專業(yè)的后續(xù)課程和控制工程的許多學科分支,都具有十分重要的基礎(chǔ)作用;诖耍緯O(shè)計總學時為32~40學時(授課28~36學時,實驗4學時),主要針對經(jīng)典控制理論中的線性定常系統(tǒng),闡明控制工程的模型、分析和控制三個基本問題。全書共分5章,內(nèi)容包括緒論、數(shù)學模型、時域分析、頻域分析、綜合與校正。
(2) 按教學實踐積累、總結(jié)和“新工科”要求重塑課程知識點本書編寫團隊涵蓋了機械、液壓和自動化等專業(yè)的教師,具有豐富的教學與科研經(jīng)驗,在總結(jié)第3版以來的教學規(guī)律和經(jīng)驗,汲取兄弟院校教學實踐中的建議和意見,尤其是在“新工科”對工程教育的改革方向和要求的基礎(chǔ)上,對全書重新編排和調(diào)整,對各章內(nèi)容進行更新和凝煉,對核心知識點進行凸顯和關(guān)聯(lián),對例題和習題進行修改和精煉,新增課程“工程實踐項目教學案例”和“控制系統(tǒng)的分析與綜合工程實例”,并有MATLAB/Simulink軟件在控制工程中的應(yīng)用實例和習題參考答案。
(3) 按與時俱進的時代特征要求提供多媒體教學內(nèi)容為切合新媒體時代的信息獲取與學習特征,本書配有PPT教學課件(請使用本書的老師到機械工業(yè)出版社教育服務(wù)網(wǎng)www.cmpedu.com下載);同時,本書配套微信公眾教學資源(有教學課件、習題詳解、擴展閱讀等內(nèi)容,登錄方法見封底勒口),用于同步輔助教學,便于教學互動、各;ヂ(lián)、反饋改進,方便學生隨時查詢和學習課程內(nèi)容,進行延伸關(guān)聯(lián)閱讀,使碎片式、查詢式學習與正式學習相互補充,有利于進行大數(shù)據(jù)反饋分析并持續(xù)改進,提升教學與教材質(zhì)量。
本書由燕山大學孔祥東教授、姚成玉教授擔任主編。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。各章教學課件和習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前校長、中國機械工程學會第十一屆理事會理事長、教育部機械類教學指導委員會主任委員(2013~2017年)、中國工程院院士李培根教授為本書作序。
衷心感謝浙江大學機械工程學院院長、中國工程院院士楊華勇教授和北京航空航天大學自動化科學與電氣工程學院院長、長江學者特聘教授焦宗夏擔任本書主審。
本書是在前3版基礎(chǔ)上進一步改進和更新完成的,這里向不再參與本次編寫但具有歷史性貢獻的編者——東北重型機械學院/燕山大學王益群、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的陽含和、楊公仆、王馨等以及前3版的主審東北大學周士昌、西安交通大學史維祥、北京航空航天大學王占林、上海交通大學范崇托等表示崇高的敬意。
燕山大學焦曉紅教授審閱了本書部分章節(jié),東北大學段洪君、湖南師范大學金耀、武漢輕工大學嚴清華、北京信息科技大學陳秀梅、同濟大學靳文瑞、湘潭大學張大兵、內(nèi)蒙古工業(yè)大學孟瑞鋒、河北科技大學陳繼榮、河北科技師范學院陳春明等兄弟院校的任課教師,以及燕山大學李慧劍、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。
衷心感謝機械工業(yè)出版社責任編輯劉小慧老師多年來對本書第3、4版工作的支持和幫助。
本書難免有漏誤和不足,敬請讀者批評指正。
聯(lián)系方式:郵箱control@ysueducn,電話13930358822(QQ微信同號)。
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”國家級規(guī)劃教材。
本書在編寫過程中結(jié)合編者近幾年的教學改革經(jīng)驗、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,從教學、考研及工程實用性需求等角度出發(fā),力求做到使教材內(nèi)容概念表達準確、知識結(jié)構(gòu)調(diào)整合理、教學安排層次清晰,并進一步突出“控制工程基礎(chǔ)”的主要特點。
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,闡明了自動控制的三個基本問題,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
體系9
131主要任務(wù)9
132知識體系9
本章小結(jié)10
習題10
第2章控制系統(tǒng)的數(shù)學模型11
21控制系統(tǒng)的微分方程及線性化方程11
211機械系統(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算法則19
222拉普拉斯反變換及其計算方法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
習題46
第3章控制系統(tǒng)的時域分析51
31控制系統(tǒng)的時間響應(yīng)及性能指標51
311典型輸入信號51
312時間響應(yīng)概述54
313瞬態(tài)性能指標56
314穩(wěn)態(tài)性能指標58
32一階系統(tǒng)的時域分析58
321一階系統(tǒng)的數(shù)學模型58
322一階系統(tǒng)的時間響應(yīng)59
323一階系統(tǒng)的瞬態(tài)性能指標61
33二階系統(tǒng)的時域分析62
331二階系統(tǒng)的數(shù)學模型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66
34高階系統(tǒng)的時域分析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對數(shù)判據(jù)122
44相對穩(wěn)定性123
441相角裕度和幅值裕度123
442相對穩(wěn)定性的計算與分析125
45閉環(huán)頻率特性128
451由開環(huán)頻率特性估計閉環(huán)頻率
特性128
452閉環(huán)系統(tǒng)的頻域性能指標129
453系統(tǒng)辨識的概念130
本章小結(jié)134
習題135
第5章控制系統(tǒng)的綜合與校正139
51概述139
511校正的概念和實質(zhì)139
512控制系統(tǒng)的性能指標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163
55復合校正166
551按給定量順饋補償控制器的
設(shè)計166
552按擾動量前饋補償控制器的
設(shè)計170
本章小結(jié)170
習題171
附錄175
附錄AMATLAB/Simulink軟件在控制
工程中的應(yīng)用實例175
附錄B閥控缸位置閉環(huán)控制系統(tǒng)實踐
項目工程教學案例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
習題參考答案201
參考文獻207