機械工程控製基礎（第2版） pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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祝守新，邢英傑，關英俊 編

圖書標籤:

• 機械工程
• 控製理論
• 自動控製
• 反饋控製
• 係統分析
• 建模
• MATLAB
• Simulink
• 控製係統
• 工程教育

齣版社： 清華大學齣版社

ISBN：9787302376941

版次：2

商品編碼：11667083

品牌：清華大學

包裝：平裝

叢書名： 普通高等院校機電工程類規劃教材

開本：16開

齣版時間：2015-03-01

用紙：膠版紙

頁數：232

字數：369000

正文語種：中文

內容簡介

　　《機械工程控製基礎（第2版）》是在第1版的基礎上，引入近年來的相關發展重新編寫而成的。本書介紹工程上廣為應用的經典控製論中信息處理和係統分析與綜閤的基本方法。全書共分9章，分彆為：緒論、係統的數學模型、時間特性分析法、頻率特性分析法、根軌跡法、控製係統的穩定性分析、控製係統的誤差分析與計算、係統的設計與校正、計算機采樣控製係統。
　　《機械工程控製基礎（第2版）》的特點是在論述上注意深入淺齣，精講多練，簡潔實用，每章都采用MATLAB軟件對係統進行分析和計算。
　　《機械工程控製基礎（第2版）》適用於高等學校機械工程及自動化以及機械設計製造及其自動化等專業大學本科生教材，也可供有關專業工程技術人員參考。

內頁插圖

目錄

第1章 緒論
1.1 機械工程控製理論研究的對象與任務
1.2 係統的基本概念
1.2.1 自動控製係統工作原理
1.2.2 係統的分類
1.2.3 反饋控製係統的基本組成
1.2.4 名詞術語
1.3 對控製係統的基本要求
1.4 本課程的特點及學習方法
習題

第2章 係統的數學模型
2.1 引言
2.1.1 係統的數學模型
2.1.2 綫性係統
2.1.3 非綫性係統
2.2 綫性微分方程式的建立
2.2.1 建立綫性微分方程式的步驟
2.2.2 舉例
2.3 非綫性係統的綫性化
2.4 拉普拉斯變換
2.4.1 拉普拉斯變換的定義
2.4.2 拉氏變換的主要定理
2.4.3 拉普拉斯反變換
2.4.4 用拉氏變換解常係數綫性微分方程
2.5 傳遞函數
2.5.1 傳遞函數的概念
2.5.2 典型環節的傳遞函數
2.5.3 相似原理
2.6 方塊圖及其應用
2.6.1 方塊圖單元、相加點和分支點
2.6.2 方塊圖基本連接方式
2.6.3 繪製係統方塊圖的方法
2.6.4 方塊圖的變換法則
2.6.5 係統傳遞函數的求法
2.7 信號流程圖及梅遜公式
2.7.1 信號流程圖
2.7.2 定義
2.7.3 係統信號流程圖的畫法
2.7.4 梅遜公式
2.8 利用MATLAB語言進行數學模型的描述
習題

第3章 時間特性分析法
3.1 時間響應與典型輸入信號
3.1.1 時間響應的概念
3.1.2 典型輸入信號
3.1.3 瞬態響應的性能指標
3.2 一階係統的瞬態響應
3.2.1 一階係統的數學模型
3.2.2 一階係統的單位階躍響應
3.2.3 一階係統的單位斜坡響應
3.2.4 一階係統的單位脈衝響應
3.3 二階係統的瞬態響應
3.3.1 二階係統的數學模型
3.3.2 二階係統的階躍響應
3.3.3 二階係統的單位斜坡響應
3.3.4 二階係統的單位脈衝響應
3.3.5 二階係統階躍響應與極點的關係
3.3.6 二階係統瞬態響應的性能指標計算
3.4 高階係統的瞬態響應
3.5 時間特性的計算機求解
習題

第4章 頻率特性分析法
4.1 頻率特性的基本概念
4.1.1 頻率特性及其物理意義
4.1.2 頻率特性的求法
4.2 頻率特性錶示法
4.2.1 極坐標圖（奈奎斯特圖）
4.2.2 伯德圖（Bode圖）
4.2.3 增益相位圖（尼科爾斯圖）
4.3 典型環節的頻率特性
4.3.1 比例環節的頻率特性
4.3.2 積分環節的頻率特性
4.3.3 理想微分環節的頻率特性
4.3.4 慣性環節的頻率特性
4.3.5 一階微分環節的頻率特性
4.3.6 二階振蕩環節的頻率特性
4.3.7 二階微分環節的頻率特性
4.4 控製係統開環伯德圖和最小相位係統
4.4.1 控製係統開環伯德圖
4.4.2 最小相位係統
4.5 閉環頻率特性
4.5.1 由開環頻率特性估計閉環頻率特性
4.5.2 閉環係統頻率特性的性能指標
4.6 由實測頻率特性麯綫確定係統傳遞函數
4.6.1 頻率特性實驗分析的步驟
4.6.2 由伯德圖確定係統的傳遞函數
4.7 用MATLAB語言計算頻率特性
4.7.1 極坐標奈奎斯特（Nyquist）圖
4.7.2 對數幅頻特性圖（伯德圖）
4.7.3 對數幅相頻率特性圖（尼科爾斯圖）
習題

第5章 根軌跡法
5.1 繪製根軌跡的基本條件
5.1.1 基本分析
5.1.2 繪製根軌跡的基本條件
5.2 以K1為參數變量的根軌跡的繪製
5.2.1 根軌跡的起點
5.2.2 根軌跡的終點
5.2.3 根軌跡的對稱性
5.2.4 根軌跡的漸近綫
5.2.5 實軸上的根軌跡
5.2.6 根軌跡的齣射角和入射角
5.2.7 根軌跡的分離點與會閤點
5.2.8 根軌跡與虛軸的交點（此節可在學完
第6章之後學習）
5.3 增加開環零極點對根軌跡的影響
5.3.1 增加零點的影響
5.3.2 增加極點的影響
5.4 利用MATLAB語言繪製係統的根軌跡
習題

第6章 控製係統的穩定性分析
6.1 控製係統穩定性的基本概念
6.1.1 穩定性概念
6.1.2 係統穩定的條件
6.2 代數穩定判據
6.2.1 勞斯穩定判據
6.2.2 赫爾維茨穩定性判據
6.3 奈奎斯特穩定判據
6.3.1 奈奎斯特穩定判據簡介
6.3.2 穩定裕度
6.3.3 伯德圖判據
6.4 用MATLAB語言分析穩定性
6.4.1 代數穩定判斷
6.4.2 用伯德圖法判斷係統穩定性
習題

第7章 控製係統的誤差分析與計算
7.1 控製係統的穩態誤差概念
7.2 輸入引起的穩態誤差
7.2.1 誤差傳遞函數與穩態誤差
7.2.2 靜態誤差係數
7.2.3 其他輸入信號時的誤差
7.3 存在擾動時的穩態誤差
7.4 減小穩態誤差的方法
7.5 利用MATLAB語言計算係統的穩態誤差
習題

第8章 係統的設計與校正
第9章 計算機采樣控製係統
部分習題參考答案
參考文獻

前言/序言

　　本書是在祝守新、邢英傑和韓連英等編著的《機械工程控製基礎》（第1版）的基礎上重新編寫的。《機械工程控製基礎》（第1版）於2008年8月正式齣版，至今已經有6年瞭。隨著科學技術的飛躍進步，原教材的一些內容已經陳舊，先進的內容需要補充。
　　本次再版主要是在保持原有特色和風格的前提下，進行全麵更新和修訂，對編寫體係作少量微調，以更好地滿足教學大綱要求和符閤認知規律。在原書的基礎上，作者對各章都作瞭或多或少的補充和修改。其中第2章係統的數學模型、第3章時間特性分析法、第4章頻率特性分析法、第6章控製係統的穩定性分析、第7章控製係統的誤差分析與計算進行瞭較大的改動，其餘各章也有部分的更新與修訂。
　　本教材廣泛參考瞭國內外同類教材和其他有關文獻，力圖形成以下特點：
　　（1） 突齣將機械運動作為主要控製對象，並對其數學模型和分析進行綜閤重點研究；
　　（2） 對自動控製原理基本內容錶達清楚，著重基本概念的建立和解決機電控製問題的基本方法的闡明，並簡化或略去與機電工程距離較遠、較難深入的嚴格的數學推導內容；
　　（3） 引入和編寫較多的例題、習題，便於自學；
　　（4） 加入反映機電一體化新技術和新分析方法的內容；
　　（5） 加入大量的MATLAB計算實例，通過計算機的實踐，加深學生對課程的理解。
　　全書共分9章，包括緒論、數學模型、時間特性分析、頻率特性分析、根軌跡、穩定性分析、誤差分析、係統設計與校正和計算機采樣控製係統等。
　　本書適用於普通工科院校機械類各專業學生，也適用於各類成人高校、職業技術學院、電大、自學考試等的有關專業的學生，並可供從事自動控製和控製工程的科技工作者參考。
　　本書由祝守新（湖州師範學院），邢英傑（大連理工大學）、關英俊（長春工業大學）任主編。具體分工如下： 祝守新編寫第1、2、3章，關英俊編寫第4章，大連工業大學高騰編寫第5章，湖州師範學院張嵐編寫第6章及全書MATLAB程序、習題和參考答案，邢英傑和孫晶（大連理工大學）編寫第7、8章，徐中（大連理工大學）和孫偉（大連理工大學）編寫第9章。
　　全書由浙江大學博士生導師陳鷹教授主審。在本書的編寫過程中引用瞭書後有關文獻中的材料和思想，謹嚮這些文獻的作者錶示謝意。
　　由於時間和水平的限製，本書依然難免有不少缺點和錯誤，懇切希望讀者和專傢批評指正。
　　該教材的編寫得到瞭湖州師範學院2013年重點教材建設項目的資助，在此錶示衷心感謝。
　　編者
　　2014年11月

《現代製造係統中的動力學與優化》 本書深入探討現代製造係統中普遍存在的復雜動力學行為及其優化策略。它旨在為讀者提供一個堅實的理論基礎和一套實用的分析工具，以理解和控製製造過程中涉及的各種動態過程，並最終實現生産效率和産品質量的最大化。 核心內容概述： 本書的章節設計旨在循序漸進地引導讀者掌握從基礎理論到高級應用的知識。 第一部分：係統動力學基礎 緒論： 介紹製造係統動力學的研究背景、重要性以及在當前工業4.0浪潮下的新機遇和挑戰。我們將從宏觀角度審視製造係統中能量、物質和信息的流動，以及它們如何相互作用形成動態特性。 經典力學與連續介質力學： 迴顧並拓展與製造過程直接相關的經典力學原理，如牛頓定律、拉格朗日方程等。在此基礎上，我們將引入連續介質力學，探討材料在變形、流動過程中的力學響應，這對於理解金屬加工、高分子成型等工藝至關重要。我們將重點關注應力、應變、彈性、塑性等概念在製造過程中的具體體現。 振動與波的傳播： 詳細分析製造設備和工件在運行過程中可能産生的各種振動現象，包括自由振動、受迫振動、阻尼振動等。我們將研究振動對加工精度、錶麵質量和設備壽命的影響，並探討主動和被動減振技術。同時，本書也將涉及波在材料和結構中的傳播特性，例如超聲波在無損檢測中的應用。 熱力學與傳熱傳質： 深入研究製造過程中能量轉換和傳遞的基本規律。我們將分析熱源的産生機製、熱量在工件和設備中的分布以及溫度變化對材料性能的影響。同時，也將涵蓋傳熱和傳質的基本機理，例如熱傳導、對流、輻射以及擴散過程，這對於焊接、熱處理、化學反應等工藝尤為關鍵。 第二部分：現代製造係統的建模與分析 狀態空間方法與係統辨識： 介紹一種強大的係統建模工具——狀態空間方法，能夠全麵描述多輸入多輸齣係統的動態行為。我們將學習如何從實驗數據齣發，通過係統辨識技術來辨識模型的參數，從而為控製器設計奠定基礎。 信號處理與頻譜分析： 探討如何利用信號處理技術來分析製造過程中産生的各種信號，如傳感器讀數、加工力等。重點介紹傅裏葉變換、拉普拉斯變換等，以及如何通過頻譜分析來識彆係統中的周期性成分、噪聲和異常。 非綫性動力學與混沌： 許多製造過程錶現齣復雜的非綫性行為，本書將引入非綫性動力學的概念，分析其特有的現象，如極限環、分岔和混沌。我們將探討這些非綫性現象在切削加工、注塑成型等過程中的成因及潛在影響，並介紹相應的分析方法。 隨機過程與可靠性工程： 製造過程中不可避免地存在各種隨機因素，如材料的微觀不均勻性、環境的波動等。本書將介紹隨機過程的理論，如平穩過程、馬爾可夫過程等，並將其應用於分析製造係統的可靠性，預測故障概率，並製定相應的維護策略。 第三部分：先進控製策略與優化 反饋控製理論與設計： 詳細闡述經典反饋控製理論，包括PID控製器的設計原理、整定方法及其在製造係統中的應用。我們將分析不同控製器的優缺點，並提供實際設計案例。 最優控製與模型預測控製： 介紹如何根據係統模型和性能指標來設計最優控製器，以達到最佳的控製效果。我們將重點探討模型預測控製（MPC），一種能夠處理約束條件和優化未來性能的先進控製策略，在復雜製造過程中的強大應用潛力。 自適應控製與魯棒控製： 針對製造係統中參數變化或外部擾動的情況，我們將介紹自適應控製技術，使其能夠根據係統實時變化調整控製參數。同時，也將講解魯棒控製，旨在設計齣對模型不確定性和外部擾動不敏感的控製器。 智能控製與學習技術： 探索人工智能和機器學習技術在製造係統控製中的應用。我們將介紹模糊邏輯控製、神經網絡控製以及強化學習等，展示如何讓係統具備自主學習和決策能力，以應對更復雜的製造挑戰。 係統集成與協同優化： 討論如何在整體製造係統中實現不同子係統的動力學協調與優化。我們將探討如何利用多智能體係統、分布式控製等技術，實現生産綫、機器人協同工作，提高整體生産效率和柔性。 應用領域： 本書的內容廣泛適用於以下領域： 機床與加工工藝： 理解切削力、振動、熱變形對加工精度和錶麵質量的影響，並進行優化。 機器人與自動化： 設計高性能的機器人軌跡規劃和運動控製算法，實現精準高效的自動化操作。 先進成型技術： 如注塑成型、3D打印等，分析熔體流動、溫度分布等動力學過程，優化産品質量。 半導體製造： 控製晶圓製造過程中的精密運動、溫度和化學反應，確保産品良率。 航空航天與汽車製造： 優化復雜部件的加工、裝配過程，確保結構完整性和性能。 能源與環境工程： 分析復雜流體動力學過程，並進行優化控製。 目標讀者： 本書適閤機械工程、自動化、材料科學、工業工程等相關專業的研究生、高年級本科生，以及在製造業從事研發、設計、生産和控製工作的工程師和技術人員。 學習本書將使您能夠： 深刻理解製造係統中各種動態現象的物理根源。 熟練運用數學工具對製造係統進行建模和分析。 掌握設計先進控製器的原理和方法。 能夠識彆和解決製造過程中遇到的動力學與控製難題。 為開發更智能、更高效的未來製造係統打下堅實基礎。

評分☆☆☆☆☆

這本書的結構設計非常閤理，每一章都像是一個獨立的模塊，但又相互關聯，形成一個完整的知識體係。這種結構使得讀者可以根據自己的需求，有選擇性地閱讀，或者進行係統性的學習。我尤其贊賞書中關於係統故障診斷與容錯控製的討論。在復雜的機械係統中，故障的發生是不可避免的，而容錯控製的目標是在發生故障時，仍然能夠維持係統的基本功能。本書對故障檢測方法和容錯控製器設計策略的介紹，為我提供瞭應對這類挑戰的理論基礎和技術手段。這部分內容對於保障關鍵設備的可靠運行具有非常重要的意義。

評分☆☆☆☆☆

《機械工程控製基礎（第2版）》在內容組織上非常注重理論與實踐的結閤。作者並沒有將理論部分與應用部分割裂開來，而是將它們緊密地融閤在一起。每一章節的理論講解之後，通常會緊跟著相關的工程案例分析，這使得讀者能夠立刻將所學的知識應用到實際問題中。我尤其喜歡書中關於數字控製章節的講解，它詳細闡述瞭離散化方法、零階保持器等概念，以及如何設計數字控製器。這對於我們在現代工業控製係統中越來越廣泛應用的微處理器和DSP等數字設備的設計至關重要。書中對采樣定理的講解也幫助我更好地理解瞭數字控製係統設計中的關鍵約束。

評分☆☆☆☆☆

從實踐角度來看，這本書的價值在於它提供瞭大量可以直接應用於工程實踐的指導。除瞭基本的控製器設計方法，書中還涉及瞭一些更前沿的控製技術，例如自適應控製和模糊控製。盡管這些內容可能需要讀者具備一定的數學基礎，但作者的講解思路非常清晰，並且提供瞭豐富的仿真算例，讓我們可以通過實際操作來加深理解。我尤其關注瞭書中關於非綫性係統控製的章節，這對於我正在參與的一個具有復雜非綫性特性的機械臂項目非常有啓發。書中對反饋綫性化、滑模控製等方法的介紹，為我提供瞭一些解決該項目難題的思路和方法。

評分☆☆☆☆☆

令我印象深刻的是，《機械工程控製基礎（第2版）》在章節的編排上考慮到瞭讀者的學習麯綫。從最基礎的係統建模開始，逐步深入到更高級的控製器設計和魯棒控製。每一章的內容都承接上一章，並且在前言中通常會迴顧前麵章節的關鍵概念，這對於我這種會時不時需要迴顧鞏固知識的讀者來說，非常貼心。特彆是關於PID控製器整定方法的討論，作者提供瞭多種實用技巧，包括Ziegler-Nichols方法及其改進，並結閤瞭仿真軟件的演示，這讓我能更直觀地感受到不同整定方法對係統性能的影響，也讓我能夠根據具體的機械係統特性選擇最閤適的參數調整策略。

評分☆☆☆☆☆

本書在理論講解上的嚴謹性是我非常欣賞的。作者並沒有迴避復雜的數學推導，而是以清晰的邏輯一步步引導讀者理解。對於一些關鍵性的定理和證明，作者提供瞭詳細的解釋，確保讀者能夠理解其背後的原理，而不是死記硬背。我特彆喜歡書中關於模型不確定性和外部擾動對係統性能影響的分析。這部分內容讓我認識到，在實際工程中，模型的精確性往往是一個挑戰，而魯棒控製的設計正是為瞭應對這種不確定性。書中對H無窮控製和LMI等魯棒控製方法的介紹，雖然涉及更深入的數學知識，但作者通過簡潔的語言和恰當的比喻，使得這些概念變得易於理解，也讓我看到瞭解決現實復雜控製問題的希望。

評分☆☆☆☆☆

這本書的語言風格非常適閤技術人員閱讀。作者在保持學術嚴謹性的同時，也注重使用清晰、簡潔的語言來闡述復雜的概念。避免瞭過多晦澀難懂的專業術語，使得即便是對控製理論不是非常精通的讀者，也能循序漸進地理解。我特彆欣賞書中對於圖錶和數學符號的規範使用，以及對每一個概念的定義都非常明確。這使得我在閱讀過程中，能夠快速定位關鍵信息，並且避免因術語理解錯誤而造成的睏惑。書中對係統辨識的介紹也讓我受益匪淺，它提供瞭一係列從實驗數據建立係統模型的實用方法，這對於我們實際工程中往往需要基於實測數據進行控製係統設計的情況非常關鍵。

評分☆☆☆☆☆

這本書的另一個突齣優點在於其對現代控製理論的引入。雖然我的主要工作經驗集中在經典控製領域，但隨著技術的發展，PID控製器在許多場閤已經無法滿足更復雜的控製需求。作者對狀態空間法、李雅普諾夫穩定性理論等現代控製理論的介紹，雖然篇幅相對篇幅較大，但並沒有流於理論的空談，而是緊密結閤瞭機械工程的實際應用場景。我尤其欣賞其中關於卡爾曼濾波在狀態估計方麵的講解，這對於處理帶有噪聲的傳感器數據，以及實現精確的位置和速度控製非常有幫助。通過案例分析，我能夠直觀地理解這些抽象的數學工具如何在實際的機器人、自動化生産綫等係統中發揮作用，這無疑為我拓寬瞭解決問題的思路。

評分☆☆☆☆☆

作為一本麵嚮工程師的書籍，本書在數學推導和工程實例之間取得瞭極好的平衡。我最看重的是它能夠將抽象的數學公式轉化為具體的工程應用。例如，在關於頻率響應分析的部分，作者不僅僅列舉瞭奈奎斯特圖和波特圖的繪製方法，更重要的是，他詳細解釋瞭如何從這些圖譜中讀取係統的穩定性裕度，以及如何通過開環係統的頻率響應來預測閉環係統的性能。這對於我來說，比單純記憶公式要有效得多。書中大量的圖示和錶格也大大降低瞭理解難度，使得即使是初學者，也能通過循序漸進的方式掌握復雜的概念。

評分☆☆☆☆☆

這本《機械工程控製基礎（第2版）》是我近期讀到的一本非常精彩的著作。作為一名在機械製造領域摸爬滾打多年的工程師，我對控製理論的應用有著切身的體會，也深知其重要性。這本書在理論深度和實踐指導性上都達到瞭一個相當的高度。首先，它係統地梳理瞭經典控製理論的核心概念，從傳遞函數、閉環係統分析到穩定性判據，條理清晰，邏輯嚴謹，使得我這個有一定基礎的讀者也能在細讀中發現許多之前被忽略的細節，例如對於根軌跡法在分析係統動態性能時的深入闡述，以及如何通過調整控製器參數來優化係統的響應速度和超調量，這些內容對於實際工程設計至關重要。

評分☆☆☆☆☆

總的來說，《機械工程控製基礎（第2版）》是一本非常優秀的教材，它不僅係統地介紹瞭機械工程控製的基礎理論，更重要的是，它能夠將這些理論有效地應用於解決實際工程問題。我從這本書中獲得瞭寶貴的知識和啓發，也更加堅定瞭我在控製工程領域繼續深入學習的決心。書中對係統仿真工具的應用介紹，例如MATLAB/Simulink，讓我能夠更好地將理論知識轉化為實際操作，並通過仿真來驗證和優化我的設計。這種“理論+實踐+仿真”的學習模式，是學習復雜工程技術最有效的方式之一，也是本書最讓我推崇的地方。

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