机械工程控制基础（第2版） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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祝守新，邢英杰，关英俊 编

图书标签:

• 机械工程
• 控制理论
• 自动控制
• 反馈控制
• 系统分析
• 建模
• MATLAB
• Simulink
• 控制系统
• 工程教育

出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302376941

版次：2

商品编码：11667083

品牌：清华大学

包装：平装

丛书名： 普通高等院校机电工程类规划教材

开本：16开

出版时间：2015-03-01

用纸：胶版纸

页数：232

字数：369000

正文语种：中文

内容简介

　　《机械工程控制基础（第2版）》是在第1版的基础上，引入近年来的相关发展重新编写而成的。本书介绍工程上广为应用的经典控制论中信息处理和系统分析与综合的基本方法。全书共分9章，分别为：绪论、系统的数学模型、时间特性分析法、频率特性分析法、根轨迹法、控制系统的稳定性分析、控制系统的误差分析与计算、系统的设计与校正、计算机采样控制系统。
　　《机械工程控制基础（第2版）》的特点是在论述上注意深入浅出，精讲多练，简洁实用，每章都采用MATLAB软件对系统进行分析和计算。
　　《机械工程控制基础（第2版）》适用于高等学校机械工程及自动化以及机械设计制造及其自动化等专业大学本科生教材，也可供有关专业工程技术人员参考。

内页插图

目录

第1章 绪论
1.1 机械工程控制理论研究的对象与任务
1.2 系统的基本概念
1.2.1 自动控制系统工作原理
1.2.2 系统的分类
1.2.3 反馈控制系统的基本组成
1.2.4 名词术语
1.3 对控制系统的基本要求
1.4 本课程的特点及学习方法
习题

第2章 系统的数学模型
2.1 引言
2.1.1 系统的数学模型
2.1.2 线性系统
2.1.3 非线性系统
2.2 线性微分方程式的建立
2.2.1 建立线性微分方程式的步骤
2.2.2 举例
2.3 非线性系统的线性化
2.4 拉普拉斯变换
2.4.1 拉普拉斯变换的定义
2.4.2 拉氏变换的主要定理
2.4.3 拉普拉斯反变换
2.4.4 用拉氏变换解常系数线性微分方程
2.5 传递函数
2.5.1 传递函数的概念
2.5.2 典型环节的传递函数
2.5.3 相似原理
2.6 方块图及其应用
2.6.1 方块图单元、相加点和分支点
2.6.2 方块图基本连接方式
2.6.3 绘制系统方块图的方法
2.6.4 方块图的变换法则
2.6.5 系统传递函数的求法
2.7 信号流程图及梅逊公式
2.7.1 信号流程图
2.7.2 定义
2.7.3 系统信号流程图的画法
2.7.4 梅逊公式
2.8 利用MATLAB语言进行数学模型的描述
习题

第3章 时间特性分析法
3.1 时间响应与典型输入信号
3.1.1 时间响应的概念
3.1.2 典型输入信号
3.1.3 瞬态响应的性能指标
3.2 一阶系统的瞬态响应
3.2.1 一阶系统的数学模型
3.2.2 一阶系统的单位阶跃响应
3.2.3 一阶系统的单位斜坡响应
3.2.4 一阶系统的单位脉冲响应
3.3 二阶系统的瞬态响应
3.3.1 二阶系统的数学模型
3.3.2 二阶系统的阶跃响应
3.3.3 二阶系统的单位斜坡响应
3.3.4 二阶系统的单位脉冲响应
3.3.5 二阶系统阶跃响应与极点的关系
3.3.6 二阶系统瞬态响应的性能指标计算
3.4 高阶系统的瞬态响应
3.5 时间特性的计算机求解
习题

第4章 频率特性分析法
4.1 频率特性的基本概念
4.1.1 频率特性及其物理意义
4.1.2 频率特性的求法
4.2 频率特性表示法
4.2.1 极坐标图（奈奎斯特图）
4.2.2 伯德图（Bode图）
4.2.3 增益相位图（尼科尔斯图）
4.3 典型环节的频率特性
4.3.1 比例环节的频率特性
4.3.2 积分环节的频率特性
4.3.3 理想微分环节的频率特性
4.3.4 惯性环节的频率特性
4.3.5 一阶微分环节的频率特性
4.3.6 二阶振荡环节的频率特性
4.3.7 二阶微分环节的频率特性
4.4 控制系统开环伯德图和最小相位系统
4.4.1 控制系统开环伯德图
4.4.2 最小相位系统
4.5 闭环频率特性
4.5.1 由开环频率特性估计闭环频率特性
4.5.2 闭环系统频率特性的性能指标
4.6 由实测频率特性曲线确定系统传递函数
4.6.1 频率特性实验分析的步骤
4.6.2 由伯德图确定系统的传递函数
4.7 用MATLAB语言计算频率特性
4.7.1 极坐标奈奎斯特（Nyquist）图
4.7.2 对数幅频特性图（伯德图）
4.7.3 对数幅相频率特性图（尼科尔斯图）
习题

第5章 根轨迹法
5.1 绘制根轨迹的基本条件
5.1.1 基本分析
5.1.2 绘制根轨迹的基本条件
5.2 以K1为参数变量的根轨迹的绘制
5.2.1 根轨迹的起点
5.2.2 根轨迹的终点
5.2.3 根轨迹的对称性
5.2.4 根轨迹的渐近线
5.2.5 实轴上的根轨迹
5.2.6 根轨迹的出射角和入射角
5.2.7 根轨迹的分离点与会合点
5.2.8 根轨迹与虚轴的交点（此节可在学完
第6章之后学习）
5.3 增加开环零极点对根轨迹的影响
5.3.1 增加零点的影响
5.3.2 增加极点的影响
5.4 利用MATLAB语言绘制系统的根轨迹
习题

第6章 控制系统的稳定性分析
6.1 控制系统稳定性的基本概念
6.1.1 稳定性概念
6.1.2 系统稳定的条件
6.2 代数稳定判据
6.2.1 劳斯稳定判据
6.2.2 赫尔维茨稳定性判据
6.3 奈奎斯特稳定判据
6.3.1 奈奎斯特稳定判据简介
6.3.2 稳定裕度
6.3.3 伯德图判据
6.4 用MATLAB语言分析稳定性
6.4.1 代数稳定判断
6.4.2 用伯德图法判断系统稳定性
习题

第7章 控制系统的误差分析与计算
7.1 控制系统的稳态误差概念
7.2 输入引起的稳态误差
7.2.1 误差传递函数与稳态误差
7.2.2 静态误差系数
7.2.3 其他输入信号时的误差
7.3 存在扰动时的稳态误差
7.4 减小稳态误差的方法
7.5 利用MATLAB语言计算系统的稳态误差
习题

第8章 系统的设计与校正
第9章 计算机采样控制系统
部分习题参考答案
参考文献

前言/序言

　　本书是在祝守新、邢英杰和韩连英等编著的《机械工程控制基础》（第1版）的基础上重新编写的。《机械工程控制基础》（第1版）于2008年8月正式出版，至今已经有6年了。随着科学技术的飞跃进步，原教材的一些内容已经陈旧，先进的内容需要补充。
　　本次再版主要是在保持原有特色和风格的前提下，进行全面更新和修订，对编写体系作少量微调，以更好地满足教学大纲要求和符合认知规律。在原书的基础上，作者对各章都作了或多或少的补充和修改。其中第2章系统的数学模型、第3章时间特性分析法、第4章频率特性分析法、第6章控制系统的稳定性分析、第7章控制系统的误差分析与计算进行了较大的改动，其余各章也有部分的更新与修订。
　　本教材广泛参考了国内外同类教材和其他有关文献，力图形成以下特点：
　　（1） 突出将机械运动作为主要控制对象，并对其数学模型和分析进行综合重点研究；
　　（2） 对自动控制原理基本内容表达清楚，着重基本概念的建立和解决机电控制问题的基本方法的阐明，并简化或略去与机电工程距离较远、较难深入的严格的数学推导内容；
　　（3） 引入和编写较多的例题、习题，便于自学；
　　（4） 加入反映机电一体化新技术和新分析方法的内容；
　　（5） 加入大量的MATLAB计算实例，通过计算机的实践，加深学生对课程的理解。
　　全书共分9章，包括绪论、数学模型、时间特性分析、频率特性分析、根轨迹、稳定性分析、误差分析、系统设计与校正和计算机采样控制系统等。
　　本书适用于普通工科院校机械类各专业学生，也适用于各类成人高校、职业技术学院、电大、自学考试等的有关专业的学生，并可供从事自动控制和控制工程的科技工作者参考。
　　本书由祝守新（湖州师范学院），邢英杰（大连理工大学）、关英俊（长春工业大学）任主编。具体分工如下： 祝守新编写第1、2、3章，关英俊编写第4章，大连工业大学高腾编写第5章，湖州师范学院张岚编写第6章及全书MATLAB程序、习题和参考答案，邢英杰和孙晶（大连理工大学）编写第7、8章，徐中（大连理工大学）和孙伟（大连理工大学）编写第9章。
　　全书由浙江大学博士生导师陈鹰教授主审。在本书的编写过程中引用了书后有关文献中的材料和思想，谨向这些文献的作者表示谢意。
　　由于时间和水平的限制，本书依然难免有不少缺点和错误，恳切希望读者和专家批评指正。
　　该教材的编写得到了湖州师范学院2013年重点教材建设项目的资助，在此表示衷心感谢。
　　编者
　　2014年11月

《现代制造系统中的动力学与优化》 本书深入探讨现代制造系统中普遍存在的复杂动力学行为及其优化策略。它旨在为读者提供一个坚实的理论基础和一套实用的分析工具，以理解和控制制造过程中涉及的各种动态过程，并最终实现生产效率和产品质量的最大化。 核心内容概述： 本书的章节设计旨在循序渐进地引导读者掌握从基础理论到高级应用的知识。 第一部分：系统动力学基础 绪论： 介绍制造系统动力学的研究背景、重要性以及在当前工业4.0浪潮下的新机遇和挑战。我们将从宏观角度审视制造系统中能量、物质和信息的流动，以及它们如何相互作用形成动态特性。 经典力学与连续介质力学： 回顾并拓展与制造过程直接相关的经典力学原理，如牛顿定律、拉格朗日方程等。在此基础上，我们将引入连续介质力学，探讨材料在变形、流动过程中的力学响应，这对于理解金属加工、高分子成型等工艺至关重要。我们将重点关注应力、应变、弹性、塑性等概念在制造过程中的具体体现。 振动与波的传播： 详细分析制造设备和工件在运行过程中可能产生的各种振动现象，包括自由振动、受迫振动、阻尼振动等。我们将研究振动对加工精度、表面质量和设备寿命的影响，并探讨主动和被动减振技术。同时，本书也将涉及波在材料和结构中的传播特性，例如超声波在无损检测中的应用。 热力学与传热传质： 深入研究制造过程中能量转换和传递的基本规律。我们将分析热源的产生机制、热量在工件和设备中的分布以及温度变化对材料性能的影响。同时，也将涵盖传热和传质的基本机理，例如热传导、对流、辐射以及扩散过程，这对于焊接、热处理、化学反应等工艺尤为关键。 第二部分：现代制造系统的建模与分析 状态空间方法与系统辨识： 介绍一种强大的系统建模工具——状态空间方法，能够全面描述多输入多输出系统的动态行为。我们将学习如何从实验数据出发，通过系统辨识技术来辨识模型的参数，从而为控制器设计奠定基础。 信号处理与频谱分析： 探讨如何利用信号处理技术来分析制造过程中产生的各种信号，如传感器读数、加工力等。重点介绍傅里叶变换、拉普拉斯变换等，以及如何通过频谱分析来识别系统中的周期性成分、噪声和异常。 非线性动力学与混沌： 许多制造过程表现出复杂的非线性行为，本书将引入非线性动力学的概念，分析其特有的现象，如极限环、分岔和混沌。我们将探讨这些非线性现象在切削加工、注塑成型等过程中的成因及潜在影响，并介绍相应的分析方法。 随机过程与可靠性工程： 制造过程中不可避免地存在各种随机因素，如材料的微观不均匀性、环境的波动等。本书将介绍随机过程的理论，如平稳过程、马尔可夫过程等，并将其应用于分析制造系统的可靠性，预测故障概率，并制定相应的维护策略。 第三部分：先进控制策略与优化 反馈控制理论与设计： 详细阐述经典反馈控制理论，包括PID控制器的设计原理、整定方法及其在制造系统中的应用。我们将分析不同控制器的优缺点，并提供实际设计案例。 最优控制与模型预测控制： 介绍如何根据系统模型和性能指标来设计最优控制器，以达到最佳的控制效果。我们将重点探讨模型预测控制（MPC），一种能够处理约束条件和优化未来性能的先进控制策略，在复杂制造过程中的强大应用潜力。 自适应控制与鲁棒控制： 针对制造系统中参数变化或外部扰动的情况，我们将介绍自适应控制技术，使其能够根据系统实时变化调整控制参数。同时，也将讲解鲁棒控制，旨在设计出对模型不确定性和外部扰动不敏感的控制器。 智能控制与学习技术： 探索人工智能和机器学习技术在制造系统控制中的应用。我们将介绍模糊逻辑控制、神经网络控制以及强化学习等，展示如何让系统具备自主学习和决策能力，以应对更复杂的制造挑战。 系统集成与协同优化： 讨论如何在整体制造系统中实现不同子系统的动力学协调与优化。我们将探讨如何利用多智能体系统、分布式控制等技术，实现生产线、机器人协同工作，提高整体生产效率和柔性。 应用领域： 本书的内容广泛适用于以下领域： 机床与加工工艺： 理解切削力、振动、热变形对加工精度和表面质量的影响，并进行优化。 机器人与自动化： 设计高性能的机器人轨迹规划和运动控制算法，实现精准高效的自动化操作。 先进成型技术： 如注塑成型、3D打印等，分析熔体流动、温度分布等动力学过程，优化产品质量。 半导体制造： 控制晶圆制造过程中的精密运动、温度和化学反应，确保产品良率。 航空航天与汽车制造： 优化复杂部件的加工、装配过程，确保结构完整性和性能。 能源与环境工程： 分析复杂流体动力学过程，并进行优化控制。 目标读者： 本书适合机械工程、自动化、材料科学、工业工程等相关专业的研究生、高年级本科生，以及在制造业从事研发、设计、生产和控制工作的工程师和技术人员。 学习本书将使您能够： 深刻理解制造系统中各种动态现象的物理根源。 熟练运用数学工具对制造系统进行建模和分析。 掌握设计先进控制器的原理和方法。 能够识别和解决制造过程中遇到的动力学与控制难题。 为开发更智能、更高效的未来制造系统打下坚实基础。

评分☆☆☆☆☆

这本书的结构设计非常合理，每一章都像是一个独立的模块，但又相互关联，形成一个完整的知识体系。这种结构使得读者可以根据自己的需求，有选择性地阅读，或者进行系统性的学习。我尤其赞赏书中关于系统故障诊断与容错控制的讨论。在复杂的机械系统中，故障的发生是不可避免的，而容错控制的目标是在发生故障时，仍然能够维持系统的基本功能。本书对故障检测方法和容错控制器设计策略的介绍，为我提供了应对这类挑战的理论基础和技术手段。这部分内容对于保障关键设备的可靠运行具有非常重要的意义。

评分☆☆☆☆☆

《机械工程控制基础（第2版）》在内容组织上非常注重理论与实践的结合。作者并没有将理论部分与应用部分割裂开来，而是将它们紧密地融合在一起。每一章节的理论讲解之后，通常会紧跟着相关的工程案例分析，这使得读者能够立刻将所学的知识应用到实际问题中。我尤其喜欢书中关于数字控制章节的讲解，它详细阐述了离散化方法、零阶保持器等概念，以及如何设计数字控制器。这对于我们在现代工业控制系统中越来越广泛应用的微处理器和DSP等数字设备的设计至关重要。书中对采样定理的讲解也帮助我更好地理解了数字控制系统设计中的关键约束。

评分☆☆☆☆☆

作为一本面向工程师的书籍，本书在数学推导和工程实例之间取得了极好的平衡。我最看重的是它能够将抽象的数学公式转化为具体的工程应用。例如，在关于频率响应分析的部分，作者不仅仅列举了奈奎斯特图和波特图的绘制方法，更重要的是，他详细解释了如何从这些图谱中读取系统的稳定性裕度，以及如何通过开环系统的频率响应来预测闭环系统的性能。这对于我来说，比单纯记忆公式要有效得多。书中大量的图示和表格也大大降低了理解难度，使得即使是初学者，也能通过循序渐进的方式掌握复杂的概念。

评分☆☆☆☆☆

总的来说，《机械工程控制基础（第2版）》是一本非常优秀的教材，它不仅系统地介绍了机械工程控制的基础理论，更重要的是，它能够将这些理论有效地应用于解决实际工程问题。我从这本书中获得了宝贵的知识和启发，也更加坚定了我在控制工程领域继续深入学习的决心。书中对系统仿真工具的应用介绍，例如MATLAB/Simulink，让我能够更好地将理论知识转化为实际操作，并通过仿真来验证和优化我的设计。这种“理论+实践+仿真”的学习模式，是学习复杂工程技术最有效的方式之一，也是本书最让我推崇的地方。

评分☆☆☆☆☆

从实践角度来看，这本书的价值在于它提供了大量可以直接应用于工程实践的指导。除了基本的控制器设计方法，书中还涉及了一些更前沿的控制技术，例如自适应控制和模糊控制。尽管这些内容可能需要读者具备一定的数学基础，但作者的讲解思路非常清晰，并且提供了丰富的仿真算例，让我们可以通过实际操作来加深理解。我尤其关注了书中关于非线性系统控制的章节，这对于我正在参与的一个具有复杂非线性特性的机械臂项目非常有启发。书中对反馈线性化、滑模控制等方法的介绍，为我提供了一些解决该项目难题的思路和方法。

评分☆☆☆☆☆

令我印象深刻的是，《机械工程控制基础（第2版）》在章节的编排上考虑到了读者的学习曲线。从最基础的系统建模开始，逐步深入到更高级的控制器设计和鲁棒控制。每一章的内容都承接上一章，并且在前言中通常会回顾前面章节的关键概念，这对于我这种会时不时需要回顾巩固知识的读者来说，非常贴心。特别是关于PID控制器整定方法的讨论，作者提供了多种实用技巧，包括Ziegler-Nichols方法及其改进，并结合了仿真软件的演示，这让我能更直观地感受到不同整定方法对系统性能的影响，也让我能够根据具体的机械系统特性选择最合适的参数调整策略。

评分☆☆☆☆☆

这本书的语言风格非常适合技术人员阅读。作者在保持学术严谨性的同时，也注重使用清晰、简洁的语言来阐述复杂的概念。避免了过多晦涩难懂的专业术语，使得即便是对控制理论不是非常精通的读者，也能循序渐进地理解。我特别欣赏书中对于图表和数学符号的规范使用，以及对每一个概念的定义都非常明确。这使得我在阅读过程中，能够快速定位关键信息，并且避免因术语理解错误而造成的困惑。书中对系统辨识的介绍也让我受益匪浅，它提供了一系列从实验数据建立系统模型的实用方法，这对于我们实际工程中往往需要基于实测数据进行控制系统设计的情况非常关键。

评分☆☆☆☆☆

这本书的另一个突出优点在于其对现代控制理论的引入。虽然我的主要工作经验集中在经典控制领域，但随着技术的发展，PID控制器在许多场合已经无法满足更复杂的控制需求。作者对状态空间法、李雅普诺夫稳定性理论等现代控制理论的介绍，虽然篇幅相对篇幅较大，但并没有流于理论的空谈，而是紧密结合了机械工程的实际应用场景。我尤其欣赏其中关于卡尔曼滤波在状态估计方面的讲解，这对于处理带有噪声的传感器数据，以及实现精确的位置和速度控制非常有帮助。通过案例分析，我能够直观地理解这些抽象的数学工具如何在实际的机器人、自动化生产线等系统中发挥作用，这无疑为我拓宽了解决问题的思路。

评分☆☆☆☆☆

本书在理论讲解上的严谨性是我非常欣赏的。作者并没有回避复杂的数学推导，而是以清晰的逻辑一步步引导读者理解。对于一些关键性的定理和证明，作者提供了详细的解释，确保读者能够理解其背后的原理，而不是死记硬背。我特别喜欢书中关于模型不确定性和外部扰动对系统性能影响的分析。这部分内容让我认识到，在实际工程中，模型的精确性往往是一个挑战，而鲁棒控制的设计正是为了应对这种不确定性。书中对H无穷控制和LMI等鲁棒控制方法的介绍，虽然涉及更深入的数学知识，但作者通过简洁的语言和恰当的比喻，使得这些概念变得易于理解，也让我看到了解决现实复杂控制问题的希望。

评分☆☆☆☆☆

这本《机械工程控制基础（第2版）》是我近期读到的一本非常精彩的著作。作为一名在机械制造领域摸爬滚打多年的工程师，我对控制理论的应用有着切身的体会，也深知其重要性。这本书在理论深度和实践指导性上都达到了一个相当的高度。首先，它系统地梳理了经典控制理论的核心概念，从传递函数、闭环系统分析到稳定性判据，条理清晰，逻辑严谨，使得我这个有一定基础的读者也能在细读中发现许多之前被忽略的细节，例如对于根轨迹法在分析系统动态性能时的深入阐述，以及如何通过调整控制器参数来优化系统的响应速度和超调量，这些内容对于实际工程设计至关重要。

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