控制工程基础 / 普通高等教育交通运输类专业系列教材
定价：￥42.00
作者： 朱文兴
出版时间：2025-11-24
出版社：机械工业出版社
- 机械工业出版社
- 9787111792932
- 1-1
- 563237
- 平装
- 2025-11-24
- 301
内容简介
本书以解决控制工程实际问题的理论方法为主线，重点介绍控制系统建模、分析及校正方法等基础内容。全书共8章，主要内容包括绪论、控制系统数学建模、控制系统频域建模、控制系统稳定性分析、控制系统瞬态质量分析、控制系统稳态精度分析、控制系统频域校正、控制系统实例和附录。
本书可作为智慧交通、智慧化工、智能感知、电子信息、机械工程、软件工程以及计算机等专业的教材，也可作为部分跨学科攻读控制工程学科的研究生的参考读物。
本书采用数字化新形态教材形式，配有重要知识点的教学视频，读者可以扫描书中的二维码进行观看，首次使用本书二维码的方法请见封底相关说明。本书还配有PPT课件和部分习题参考答案，采用本书作为教材的教师可以登录www.cmpedu.com注册后免费下载。
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目录
前言
第1章绪论1
1.1控制理论及其发展2
1.1.1控制论概述2
1.1.2控制理论发展历程3
1.1.3控制论的新特点4
1.2系统及其术语5
1.3控制系统分类7
1.3.1按系统结构的特征来划分7
1.3.2按给定信号的特征划分12
1.3.3按系统的数学描述划分12
1.3.4按信号传递的连续性划分14
1.3.5按输入与输出信号的数量划分14
1.4控制系统分析与设计15
1.4.1控制系统要求15
1.4.2系统分析与系统设计16
课后习题17
第2章控制系统数学建模18
2.1引言19
2.2系统微分方程建立方法19
2.2.1常用微分方程建立步骤19
2.2.2系统建模举例20
2.2.3线性系统微分方程一般特征23
2.2.4复杂系统微分方程建立步骤23
2.3线性系统传递函数24
2.3.1传递函数定义24
2.3.2传递函数求法25
2.3.3传递函数性质26
2.3.4传递函数微观结构26
2.4典型环节传递函数28
2.5系统结构图31
2.5.1结构图定义及组成31
2.5.2结构图建立方法32
2.5.3结构图基本连接形式33
2.5.4结构图简化与等效变换35
2.5.5闭环系统常用传递函数38
2.6信号流图与梅森公式39
2.6.1信号流图基本概念40
2.6.2信号流图建立方法42
2.6.3梅森公式43
课后习题46
第3章控制系统频域建模51
3.1频率特性的基本概念52
3.1.1频率特性的定义52
3.1.2频率特性的几何描述54
3.2典型环节的频率特性55
3.3控制系统的开环频率特性61
3.3.1开环极坐标图61
3.3.2开环伯德图65
3.3.3最小相位系统与非最小相位
系统68
3.4数学模型的实验确定方法69
课后习题73
第4章控制系统稳定性分析75
4.1稳定性的概念及定义76
4.2线性系统的稳定性条件79
4.3线性系统代数稳定性判据80
4.3.1系统稳定的必要条件80
4.3.2劳斯判据81
4.3.3劳斯判据的两种特殊情况82
4.3.4劳斯判据在系统分析中的应用84
4.4频率特性稳定判据85
4.4.1辐角定理及其应用86
4.4.2奈奎斯特稳定判据87
4.4.3伯德图上的稳定性判据92
4.5稳定裕度95
课后习题98
第5章控制系统瞬态质量分析100
5.1典型输入信号与时域性能指标101
5.1.1典型输入信号101
5.1.2控制系统的时域性能指标103
5.2一阶系统时域分析104
5.2.1一阶系统的单位阶跃响应105
5.2.2一阶系统的单位脉冲响应106
5.2.3一阶系统的单位斜坡响应106
5.3二阶系统的时域分析107
5.3.1二阶系统的数学模型107
5.3.2二阶系统的闭环极点108
5.3.3二阶系统的单位阶跃响应109
5.3.4欠阻尼二阶系统的动态性能指标
计算111
5.3.5二阶系统的单位脉冲响应114
5.3.6二阶系统的单位斜坡响应116
5.4高阶系统的时域分析116
5.4.1高阶系统的单位阶跃响应116
5.4.2闭环零、极点对系统性能的
影响117
5.4.3闭环主导极点118
5.5系统瞬态特性的频域分析119
5.5.1系统暂态性能与开环频率特性的
关系119
5.5.2开环频率特性的高频段对系统
性能的影响121
5.5.3系统性能的闭环频率特性分析121
课后习题123
第6章控制系统稳态精度分析125
6.1误差的基本概念126
6.1.1误差与偏差126
6.1.2误差的计算与稳态误差127
6.2给定作用下的稳态误差计算128
6.2.1不同控制信号作用对系统稳态
误差的影响128
6.2.2不同的系统结构对稳态误差的
影响129
6.2.3对数幅频特性上的稳态误差
计算131
6.3动态误差系数133
6.3.1动态误差系数的定义133
6.3.2动态误差系数的求法134
6.4扰动作用下的稳态误差计算134
6.5提高系统控制精度的措施135
6.5.1减小系统稳态误差的方法135
6.5.2提高系统控制精度的其他措施138
课后习题138
第7章控制系统频域校正141
7.1基本概念142
7.1.1校正的定义142
7.1.2性能指标的提法142
7.1.3常用校正方法143
7.1.4PID控制方法144
7.1.5校正方法145
7.2校正装置及其特性146
7.2.1无源超前校正网络146
7.2.2PD控制器147
7.2.3无源滞后校正网络147
7.2.4PI控制器148
7.2.5无源滞后超前校正网络148
7.2.6PID控制器149
7.3频率法串联校正149
7.3.1串联超前校正149
7.3.2串联滞后校正152
7.3.3串联无源滞后超前校正156
7.4反馈校正法156
7.5复合校正法159
7.5.1按扰动补偿的复合校正159
7.5.2按给定补偿的复合校正161
课后习题162
第8章控制系统实例164
8.1引言165
8.2跟车控制系统165
8.2.1跟车控制系统概述165
8.2.2跟车系统原理166
8.2.3实验验证171
8.3边界控制系统172
8.3.1城市区域宏观基本图拟合分析172
8.3.2边界反馈控制策略176
8.3.3实验验证178
8.4本章小结181
课后习题181
附录拉普拉斯变换及逆变换182
参考文献189
第1章绪论1
1.1控制理论及其发展2
1.1.1控制论概述2
1.1.2控制理论发展历程3
1.1.3控制论的新特点4
1.2系统及其术语5
1.3控制系统分类7
1.3.1按系统结构的特征来划分7
1.3.2按给定信号的特征划分12
1.3.3按系统的数学描述划分12
1.3.4按信号传递的连续性划分14
1.3.5按输入与输出信号的数量划分14
1.4控制系统分析与设计15
1.4.1控制系统要求15
1.4.2系统分析与系统设计16
课后习题17
第2章控制系统数学建模18
2.1引言19
2.2系统微分方程建立方法19
2.2.1常用微分方程建立步骤19
2.2.2系统建模举例20
2.2.3线性系统微分方程一般特征23
2.2.4复杂系统微分方程建立步骤23
2.3线性系统传递函数24
2.3.1传递函数定义24
2.3.2传递函数求法25
2.3.3传递函数性质26
2.3.4传递函数微观结构26
2.4典型环节传递函数28
2.5系统结构图31
2.5.1结构图定义及组成31
2.5.2结构图建立方法32
2.5.3结构图基本连接形式33
2.5.4结构图简化与等效变换35
2.5.5闭环系统常用传递函数38
2.6信号流图与梅森公式39
2.6.1信号流图基本概念40
2.6.2信号流图建立方法42
2.6.3梅森公式43
课后习题46
第3章控制系统频域建模51
3.1频率特性的基本概念52
3.1.1频率特性的定义52
3.1.2频率特性的几何描述54
3.2典型环节的频率特性55
3.3控制系统的开环频率特性61
3.3.1开环极坐标图61
3.3.2开环伯德图65
3.3.3最小相位系统与非最小相位
系统68
3.4数学模型的实验确定方法69
课后习题73
第4章控制系统稳定性分析75
4.1稳定性的概念及定义76
4.2线性系统的稳定性条件79
4.3线性系统代数稳定性判据80
4.3.1系统稳定的必要条件80
4.3.2劳斯判据81
4.3.3劳斯判据的两种特殊情况82
4.3.4劳斯判据在系统分析中的应用84
4.4频率特性稳定判据85
4.4.1辐角定理及其应用86
4.4.2奈奎斯特稳定判据87
4.4.3伯德图上的稳定性判据92
4.5稳定裕度95
课后习题98
第5章控制系统瞬态质量分析100
5.1典型输入信号与时域性能指标101
5.1.1典型输入信号101
5.1.2控制系统的时域性能指标103
5.2一阶系统时域分析104
5.2.1一阶系统的单位阶跃响应105
5.2.2一阶系统的单位脉冲响应106
5.2.3一阶系统的单位斜坡响应106
5.3二阶系统的时域分析107
5.3.1二阶系统的数学模型107
5.3.2二阶系统的闭环极点108
5.3.3二阶系统的单位阶跃响应109
5.3.4欠阻尼二阶系统的动态性能指标
计算111
5.3.5二阶系统的单位脉冲响应114
5.3.6二阶系统的单位斜坡响应116
5.4高阶系统的时域分析116
5.4.1高阶系统的单位阶跃响应116
5.4.2闭环零、极点对系统性能的
影响117
5.4.3闭环主导极点118
5.5系统瞬态特性的频域分析119
5.5.1系统暂态性能与开环频率特性的
关系119
5.5.2开环频率特性的高频段对系统
性能的影响121
5.5.3系统性能的闭环频率特性分析121
课后习题123
第6章控制系统稳态精度分析125
6.1误差的基本概念126
6.1.1误差与偏差126
6.1.2误差的计算与稳态误差127
6.2给定作用下的稳态误差计算128
6.2.1不同控制信号作用对系统稳态
误差的影响128
6.2.2不同的系统结构对稳态误差的
影响129
6.2.3对数幅频特性上的稳态误差
计算131
6.3动态误差系数133
6.3.1动态误差系数的定义133
6.3.2动态误差系数的求法134
6.4扰动作用下的稳态误差计算134
6.5提高系统控制精度的措施135
6.5.1减小系统稳态误差的方法135
6.5.2提高系统控制精度的其他措施138
课后习题138
第7章控制系统频域校正141
7.1基本概念142
7.1.1校正的定义142
7.1.2性能指标的提法142
7.1.3常用校正方法143
7.1.4PID控制方法144
7.1.5校正方法145
7.2校正装置及其特性146
7.2.1无源超前校正网络146
7.2.2PD控制器147
7.2.3无源滞后校正网络147
7.2.4PI控制器148
7.2.5无源滞后超前校正网络148
7.2.6PID控制器149
7.3频率法串联校正149
7.3.1串联超前校正149
7.3.2串联滞后校正152
7.3.3串联无源滞后超前校正156
7.4反馈校正法156
7.5复合校正法159
7.5.1按扰动补偿的复合校正159
7.5.2按给定补偿的复合校正161
课后习题162
第8章控制系统实例164
8.1引言165
8.2跟车控制系统165
8.2.1跟车控制系统概述165
8.2.2跟车系统原理166
8.2.3实验验证171
8.3边界控制系统172
8.3.1城市区域宏观基本图拟合分析172
8.3.2边界反馈控制策略176
8.3.3实验验证178
8.4本章小结181
课后习题181
附录拉普拉斯变换及逆变换182
参考文献189
