控制工程基礎（第三版）

成書過程

修訂情況

《控制工程基礎（第三版）》修訂工作側重以下幾方面：

1）因考慮多數高校對控制工程基礎課程的教學安排一般在48學時左右，為節省篇幅，前兩版沒有編入“根軌跡分析法”的內容。第三版修訂補充了“根軌跡分析法”，並將其列為第4章。

2）為保持全書章節的平衡協調，對原第7章狀態空間分析法進行適當“瘦身”，刪除部分繁雜內容。

3）更新了書中一些陳舊內容，補充了若干新的套用實例和習題。

《控制工程基礎（第三版）》由王積偉修改定稿，參加《控制工程基礎（第三版）》編寫的有：東南大學王積偉（第1、2章，附錄A和E），北京科技大學呂衛陽（第3章），天津大學王樹新（第4章），哈爾濱理工大學王振波（第5章），哈爾濱工業大學吳振順（第6、7章，附錄B、C、D），東北大學張健成（第8章），哈爾濱工業大學李松晶博士（第6、7章的習題和參考答案）。

《控制工程基礎（第三版）》編審工作人員名單

主編	王積偉、吳振順
參編	王樹新、王振波、呂衛陽、許飛雲、張健成
主審	西安交通大學博士生導師何鉞教授
參審	清華大學騰雲鶴教授、北京工業大學薛文賢教授

出版工作

2019年2月27日，《控制工程基礎（第三版）》由高等教育出版社出版。

《控制工程基礎（第三版）》出版工作人員名單

策劃編輯	責任編輯	封面設計	版式設計	插圖繪製	責任校對	責任印製
盧廣	盧廣	李衛青	童丹	於博	張薇	趙義民

內容簡介

《控制工程基礎（第三版）》全書共分9章：第1章控制系統的基本概念，第2章數學模型，第3章時域分析法，第4章根軌跡分析法，第5章頻域分析法，第6章控制系統的設計和校正，第7章線性離散系統與Z變換，第8章狀態空間分析法，第9章控制系統的套用和分析，書末附有5個附錄，每章附有習題，附錄E有部分習題參考答案。

教材目錄

前輔文

第1章控制系統的基本概念

1.1 控制系統的工作原理及其組成

1.1.1 工作原理

1.1.2 開環控制和閉環控制

1.1.3 閉環控制系統的組成

1.2 控制系統的基本類型

1.2.1 按輸入量的特徵分類

1.2.2 按系統中傳遞信號的性質分類

1.3 對控制系統的基本要求

1.4 控制工程發展概況

習題

第2章數學模型

2.1 控制系統的運動微分方程

2.1.1 建立數學模型的一般步驟

2.1.2 控制系統微分方程的列寫

2.2 拉氏變換和反變換

2.2.1 拉氏變換的定義

2.2.2 幾種典型函式的拉氏變換

2.2.3 拉氏變換的主要定理

2.2.4 拉氏反變換

2.2.5 套用拉氏變換求解線性微分方程

2.3 傳遞函式

2.3.1 傳遞函式的概念和定義

2.3.2 特徵方程、零點和極點

2.3.3 關於傳遞函式的幾點說明

2.3.4 典型環節及其傳遞函式

2.4 系統框圖和信號流圖

2.4.1 系統框圖

2.4.2 系統框圖的簡化

2.4.3 系統信號流圖和梅森公式

2.4.4 控制系統的傳遞函式

*2.5 非線性數學模型的線性化

2.5.1 線性化問題的提出

2.5.2 非線性數學模型的線性化

2.5.3 系統線性化微分方程的建立

2.6 控制系統傳遞函式推導舉例

2.6.1 機械系統

2.6.2 液壓系統

2.6.3 液位系統

2.6.4 機電系統

2.6.5 熱力系統

習題

第3章時域分析法

3.1 典型輸入信號

3.2 一階系統的時間回響

3.2.1 一階慣性環節的單位階躍回響

3.2.2 一階慣性環節的單位速度回響

3.2.3 一階慣性環節的單位脈衝回響

3.2.4 線性定常系統時間回響的性質

3.3 二階系統的時間回響

3.3.1 二階系統的單位階躍回響

3.3.2 二階系統的性能指標

3.4 高階系統的時間回響

3.5 誤差分析和計算標有“*”的章節供多學時專業或學生自學使用。

3.5.1 穩態誤差的基本概念

3.5.2 穩態誤差的計算

3.5.3 穩態誤差係數

3.5.4 擾動引起的穩態誤差和系統總誤差

3.6 穩定性分析

3.6.1 穩定的概念

3.6.2 穩定的條件

3.6.3 勞思穩定判據

3.7 基於MATLAB與SIMULINK的時域特性分析

3.7.1 基於MATLAB的時域特性分析

3.7.2 基於SIMULINK的時域特性分析

習題

第4章根軌跡分析法

4.1 基本概念

4.1.1 根軌跡

4.1.2 系統開、閉環零、極點之間的關係

4.1.3 根軌跡方程

4.1.4 廣義根軌跡

4.2 根軌跡繪製的一般步驟及其基本規則

4.2.1 預備步驟

4.2.2 根軌跡繪製

4.3 控制系統的根軌跡分析

4.3.1 系統閉環極點的期望位置

4.3.2 增加開環零、極點對根軌跡的影響

4.3.3 單參數可變系統的根軌跡分析舉例

4.3.4 多參數可變系統的根軌跡分析舉例

4.4 基於MATLAB的根軌跡分析

4.4.1 MATLAB根軌跡分析函式

4.4.2 基於MATLAB根軌跡分析舉例

4.4.3 MATLAB根軌跡簇的繪製

習題

第5章頻域分析法

5.1 頻率特性的基本概念

5.1.1 頻率回響和頻率特性

5.1.2 頻率特性的求取方法

5.1.3 頻率特性的圖示方法

5.2 典型環節的頻率特性

5.2.1 比例環節

5.2.2 慣性環節

5.2.3 積分環節

5.2.4 理想微分環節

5.2.5 振盪環節

5.2.6 一階微分環節

5.2.7 二階微分環節

5.2.8 延遲環節

5.3 系統開環頻率特性

5.3.1 最小相位系統

5.3.2 系統開環奈氏圖的繪製

5.3.3 系統開環伯德圖的繪製

5.3.4 傳遞函式實驗確定法

5.4 頻域穩定性判據

5.4.1 奈奎斯特穩定性判據

5.4.2 對數頻率特性的穩定性判據

5.4.3 穩定性裕量

5.5 閉環控制系統的頻率特性

5.5.1 閉環系統頻率特性的求取

5.5.2 閉環系統的頻域指標

5.6 頻域指標與時域性能指標間的關係

5.6.1 閉環頻域指標與時域性能指標之間的關係

5.6.2 開環頻域指標與時域性能指標之間的關係

5.7 用系統開環頻率特性分析閉環系統性能

5.7.1 低頻段

5.7.2 中頻段

5.7.3 結論

5.8 基於MATLAB與SIMULINK的頻域特性分析

5.8.1 基於MATLAB的頻域特性分析

5.8.2 基於SIMULINK的頻域特性分析

習題

第6章控制系統的設計和校正

6.1 概述

6.2 PID控制規律

6.2.1 P控制(比例控制)

6.2.2 PI控制(比例加積分控制)

6.2.3 PD控制(比例加微分控制)

6.2.4 PID控制(比例加積分加微分控制)

6.3 PID控制規律的實現

6.3.1 PD控制規律的實現

6.3.2 PI控制規律的實現

6.3.3 PID控制規律的實現

6.3.4 小結

6.4 頻率法設計和校正

6.4.1 PID校正網路參數的確定

6.4.2 近似PID校正網路的參數確定

6.5 並聯校正和複合控制

6.5.1 並聯校正(反饋校正)

6.5.2 複合控制

6.6 基於MATLAB與SIMULINK的控制系統設計與校正

6.6.1 基於MATLAB的控制系統設計與校正

6.6.2 基於SIMULINK的控制系統設計與校正

習題

第7章線性離散系統與Z變換

7.1 概述

7.2 採樣過程與採樣定理

7.2.1 採樣過程

7.2.2 採樣定理

7.2.3 信號恢復

7.3 Z變換與Z反變換

7.3.1 Z變換

7.3.2 Z反變換

7.3.3 連續系統的離散化方程——差分方程

7.3.4 用Z變換法求解差分方程

7.4 脈衝傳遞函式

7.4.1 脈衝傳遞函式

7.4.2 離散系統的開環脈衝傳遞函式

7.4.3 離散系統的閉環脈衝傳遞函式

7.4.4 閉環離散系統的過渡過程

7.5 離散系統的穩定性分析

7.5.1 [s]平面到[z]平面之間的映射

7.5.2 線性離散系統穩定的充要條件

7.5.3 線性離散系統穩定性的判別方法

7.6 數字控制器與離散PID控制

7.6.1 數字控制器的脈衝傳遞函式

7.6.2 離散PID控制器及其校正

7.7 基於SIMULINK的離散系統時域特性分析

習題

第8章狀態空間分析法

8.1 狀態變數與狀態空間

8.2 連續系統的狀態方程及輸出方程

8.2.1 由系統微分方程列寫狀態方程及輸出方程

8.2.2 由系統狀態變數圖列寫狀態方程及輸出方程

8.2.3 由系統框圖直接列寫狀態方程及輸出方程

8.3 離散系統的狀態方程及輸出方程

8.3.1 作用函式不含未來值

8.3.2 作用函式含未來值

8.4 控制系統狀態方程的解

8.4.1 連續系統狀態方程的解

8.4.2 離散系統狀態方程的解

8.5 基於MATLAB與SIMULINK的系統狀態空間分析

8.5.1 基於MATLAB的系統狀態空間分析

8.5.2 基於SIMULINK的系統狀態空間分析

8.6 基於MATLAB的系統數學模型轉換

習題

第9章控制系統的套用和分析

9.1 帶鋼卷取電液伺服控制系統

9.1.1 概述

9.1.2 控制系統的組成和工作原理

9.1.3 控制系統性能分析

9.2 電壓-轉角機電伺服控制系統

9.2.1 概述

9.2.2 控制系統的組成和工作原理

9.2.3 控制系統性能分析

*9.3 仿形刀架機液伺服控制系統

9.3.1 概述

9.3.2 控制系統的組成和工作原理

9.3.3 控制系統性能分析

*9.4 定量澆注氣動調節控制系統

9.4.1 概述

9.4.2 控制系統的組成和工作原理

9.4.3 控制系統性能分析

附錄

附錄A 常用函式的拉氏變換和Z變換表

附錄B Z變換基本定理

附錄C 矩陣運算

附錄D 基本的數值解法

附錄E 部分習題參考答案

參考文獻

教學資源

課程資源

《控制工程基礎（第三版）》配有Abook數字課程，該數字課程為多媒體課件。

數字課程名稱	出版社	出版時間	內容提供者
“控制工程基礎（第三版）”數字課程	高等教育出版社	2019年2月	王積偉、吳振順

教材特色

《控制工程基礎（第三版）》的特點是：淡化經典控制與現代控制的界限，突出方法論；闡述共性問題，適應拓寬專業口徑的需要；不苛求嚴格的數學推證，從直觀的物理概念出發分析問題、解決問題；特別重視工程套用，除每章附有較多機、電、液、氣方面的例題外，還專辟一章介紹控制理論在工程中套用的成功實例；採用MATLAB與SIMULINK等先進軟體分析和設計系統；編寫體系符合教學規律；傳授科學知識與培養創新能力並重。

控制工程基礎（第三版）

基本介紹