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第1章 绪论1

1.1 基本概念1

1.2 机械控制系统的组成及其研究内容2

1.2.1 控制系统性能分析3

1.2.2 控制系统的设计3

1.3 自动控制系统的分类5

第2章 机械系统模型的建立及机电相似系统的等效转换7

2.1 机械系统模型的建立7

2.2 机电相似系统的等效转换10

第3章 系统的典型信号和典型环节15

3.1 系统的典型信号及其时间响应分析15

3.1.1 系统的典型信号15

3.1.2 系统时间响应数学模型的建立与时间响应分析16

3.2 系统的频率响应和典型环节18

3.2.1 频率响应19

3.2.2 机械系统的典型环节及其特性的描述21

3.2.3 电系统的典型环节及其特性的描述26

3.3 有关频率的基本概念27

3.4 自动控制系统的静态和动态的概念28

第4章 控制系统的稳定性及其分析30

4.1 系统的稳定性30

4.2 系统的稳定性判据31

4.2.1 解方程稳定判据（求解闭环传递函数特征方程法）31

4.2.2 劳斯稳定判据31

4.2.3 奈奎斯特稳定判据（简称奈氏判据）33

4.2.4 对数幅相频率特性稳定判据33

4.3 系统的稳定裕量34

4.3.1 奈氏稳定判据的稳定裕量34

4.3.2 对数幅相频率特性稳定判据的稳定裕量35

4.4 液压仿形刀架控制系统的综合分析与计算38

第5章 根轨迹法50

5.1 控制系统的根轨迹50

5.1.1 根轨迹的基本概念50

5.1.2 控制系统根轨迹的分析51

5.2 根轨迹所遵循的幅值和幅角条件53

5.3 绘制根轨迹的基本规则及步骤55

第6章 控制系统稳态误差的分析与计算65

6.1 控制系统稳态误差的分析65

6.2 稳态误差中的静态误差和动态误差计算66

6.2.1 静态误差66

6.2.2 动态误差72

6.3 液压仿形刀架控制系统稳态误差的计算74

6.3.1 跟随误差e ssi的计算75

6.3.2 负载误差e ssF的计算75

第7章 自动控制系统的校正设计77

7.1 校正问题的提出77

7.2 各设计参数对系统性能的影响77

7.3 系统校正79

7.3.1 系统校正方式79

7.3.2 常用校正装置79

7.3.3 超前校正81

7.3.4 滞后校正89

7.3.5 滞后-超前校正94

7.3.6 PID校正99

第8章 机械系统的建模与分析118

8.1 机床工作台的位置控制系统分析118

8.2 机床工作台的速度控制系统分析123

8.3 活塞销孔镗削加工的表面质量分析与控制128

第9章 机床进给系统的速度和位置控制及稳定性分析141

9.1 机床进给运动伺服控制系统的组成141

9.1.1 机床进给系统的开环控制141

9.1.2 机床进给系统的闭环控制141

9.2 直流伺服电机数学模型的建立142

9.3 速度控制系统的建立及稳定性的对比分析144

9.3.1 直流伺服电机的转速控制系统的建立144

9.3.2 速度控制系统传递函数的建立及稳定性的对比分析145

9.3.3 速度反馈控制系统根轨迹的绘制146

9.4 位置控制系统传递函数的建立及稳定性对比分析146

9.4.1 无速度反馈的位置控制系统传递函数的建立与稳定性分析146

9.4.2 有速度反馈的位置控制系统传递函数的建立与稳定性分析149

第10章 控制系统的状态空间描述153

10.1 状态空间描述的基本概念153

10.2 机电液气系统的状态空间描述155

10.2.1 机械系统状态空间描述155

10.2.2 电气系统状态空间描述156

10.2.3 液压系统状态空间描述157

10.2.4 气动系统状态空间描述158

10.3 线性定常连续系统的状态方程及输出方程160

10.3.1 由系统微分方程列写状态方程及输出方程160

10.3.2 由系统状态变量图写线性定常系统状态方程及输出方程168

10.3.3 由系统框图直接列写状态方程及输出方程172

10.4 非线性连续系统的状态方程及输出方程176

10.4.1 典型非线性系统的状态方程及输出方程176

10.4.2 本征非线性控制系统的状态方程及输出方程179

10.5 线性时变连续系统的状态方程及输出方程180

10.6 线性离散系统的状态方程及输出方程181

10.6.1 作用函数不含未来值时线性离散系统的状态方程及输出方程181

10.6.2 作用函数含未来值时线性离散系统的状态方程及输出方程183

10.7 利用MATLAB数学模型转换列写系统状态方程185

10.8 实际控制系统状态方程的列写举例188

10.8.1 泵控液压马达位置伺服系统状态方程及输出方程188

10.8.2 带有阻尼柱塞导控型两级高压减压阀的状态方程及输出方程190

第11章 控制系统状态方程的解192

11.1 线性定常系统状态方程的解192

11.1.1 齐次状态方程的解192

11.1.2 矩阵指数与状态转移矩阵196

11.1.3 非齐次状态方程的解197

11.1.4 线性时变系统状态方程的解202

11.2 离散系统状态方程的解207

11.2.1 线性定常离散系统状态方程的解207

11.2.2 线性时变离散系统状态方程的解213

11.2.3 连续系统状态方程的离散化214

11.3 基于MATLAB与SIMULINK上的控制系统时域特性分析218

11.3.1 基于MATLAB上的控制系统时域特性分析218

11.3.2 基于SIMULINK上的控制系统时域特性分析229

11.3.3 非线性控制系统的时域特性分析234

11.3.4 离散控制系统的时域特性分析240

第12章 李雅普诺夫稳定性分析247

12.1 平衡状态和欧几里得范数及状态方程解的轨迹247

12.2 李雅普诺夫稳定性定义248

12.3 系统稳定性的李雅普诺夫判别法249

12.3.1 李雅普诺夫第一法249

12.3.2 正定函数和二次型函数及李雅普诺夫第二法250

12.3.3 李雅普诺夫稳定定理251

12.4 线性系统的李雅普诺夫稳定性分析254

12.4.1 线性定常系统的稳定性分析254

12.4.2 线性时变系统的稳定性分析257

12.4.3 线性定常离散系统的稳定性分析257

12.4.4 线性时变离散系统的稳定性分析258

12.4.5 应用李雅普诺夫第二法求解系统参数优化问题258

第13章 控制系统的状态空间综合法261

13.1 线性系统的能控性与能观测性261

13.1.1 线性定常离散系统的能控性261

13.1.2 线性定常连续系统的能控性265

13.1.3 线性定常连续系统的输出能控性266

13.1.4 线性定常离散系统状态能观测性267

13.1.5 对偶原理270

13.1.6 系统完全能控条件与完全能观条件的另一种形式270

13.1.7 机电液气控制系统状态不完全能控和完全能观的原因272

13.1.8 系统状态完全能控和完全能观测标准形274

13.2 线性系统的状态反馈与状态观测器277

13.2.1 概述277

13.2.2 具有状态反馈和输出反馈系统的能控性与能观测性278

13.2.3 极点配置问题279

13.2.4 状态观测器283

13.2.5 利用MATLAB实现控制系统的极点配置286

第14章 神经网络控制及其应用292

14.1 神经网络控制产生的背景292

14.2 生物学的启示292

14.3 人工神经元293

14.4 神经网络模型的组成294

14.5 神经网络的学习296

14.5.1 神经网络的学习方式296

14.5.2 神经网络的计算297

14.6 基于BP神经网络的线切割加工质量及效率控制306

14.6.1 线切割加工BP神经网络的设计306

14.6.2 线切割加工质量及效率控制BP神经网络的训练308

第15章 模糊控制及其应用313

15.1 模糊控制及产生的背景313

15.2 模糊控制系统313

15.2.1 模糊变量的描述314

15.2.2 模糊逻辑控制器的设计314

15.3 磨削加工表面粗糙度的模糊控制322

附录328

参考文献331