機械工程控製基礎學習輔導與題解(修訂版) 9787560986630 熊良纔,楊剋衝,吳波 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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圖書標籤:

• 機械工程
• 控製理論
• 自動控製
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• 題解
• 教材
• 9787560986630
• 熊良纔
• 楊剋衝
• 吳波

店鋪： 華中科技大學齣版社旗艦店

齣版社： 華中科技大學齣版社

ISBN：9787560986630

商品編碼：26010771606

叢書名： 機械工程控製基礎學習輔導與題解

齣版時間：2013-02-01

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基本信息

書名:機械工程控製基礎學習輔導與題解(修訂版)

：28.8元

作者:熊良纔，楊剋衝，吳波 著

齣版社：華中科技大學齣版社

齣版日期：2013-03-01

ISBN：9787560986630

字數：

頁碼：226

版次：2

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：

編輯推薦

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目錄

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第1章 緒論
內容提要
1.1 機械工程控製論的研究對象與任務
1.2 係統及其模型
1.3 反饋
1.4 係統的分類及對控製係統的基本要求基本要求、重點與難點
例題
習題與解答

第2章 係統的數學模型
內容提要
2.1 係統的微分方程
2.2 係統的傳遞函數
2.3 係統的傳遞函數方框圖及其簡化
2.4 反饋控製係統的傳遞函數
2.5 相似原理
2.6 係統的狀態空間模型
基本要求、重點與難點
例題
習題與解答

第3章 時間響應分析
內容提要
3.1 時間響應及其組成
3.2 典型輸入信號
3.3 一階係統的時間響應
3.4 二階係統的時間響應
3.5 高階係統的響應分析
3.6 係統誤差分析與計算
3.7 δ函數在時間響應中的作用
基本要求、重點與難點
例題
習題與解答

第4章 頻率特性分析
內容提要
4.1 頻率特性概述
4.2 頻率特性的圖示法
4.3 頻率特性的特徵量
4.4 小相位係統和小相位係統基本要求、重點與難點
例題
習題與解答

第5章 係統的穩定性
內容提要
5.1 係統穩定性的初步概念
5.2 Routh穩定判據
5.3 Nyquist穩定判據
5.4 Bode穩定判據
5.5 係統的相對穩定性
基本要求、重點與難點
例題
習題與解答

第6章 係統的性能與校正
內容提要
6.1 係統的性能指標
6.2 係統的校正
6.3 無源校正
6.4 PID校正
6.5 反饋校正
6.6 順饋校正
基本要求、重點與難點
例題
習題與解答

第7章 綫性係統初步
內容提要
7.1 概述
7.2 描述函數法
7.3 相平麵分析法
基本要求、重點與難點
例題
習題與解答

第8章 綫性離散係統初步
內容提要
8.1 概述
8.2 信號的采樣與采樣定理
8.3 Z變換與Z逆變換
8.4 離散係統的傳遞函數
8.5 離散係統的穩定性分析
8.6 離散係統的校正與設計
基本要求、重點與難點
例題
習題與解答

第9章 係統辨識初步
內容提要
9.1 係統辨識的基本概念
9.2 係統辨識的頻率特性法
9.3 單位脈衝響應的估計
9.4 係統辨識的差分方程法
基本要求、重點與難點
習題與解答

附錄 設計題目選編
題目1 直綫一級倒立擺的建模、分析與PID控製
題目2 磁懸浮實驗裝置建模、分析及其控製
題目3 單容水箱液位控製係統建模、分析及其控製
題目4 水溫控製係統建模、分析及其控製
題目5 電動玩具車定速巡航係統
題目6 張力控製實驗係統
參考文獻

內容提要

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《機械工程控製基礎學習輔導與題解（修訂版）》對教材中的內容進行瞭簡要的總結，擴充瞭教材中的例題，並對教材中的所有習題進行瞭解答。
　　《機械工程控製基礎學習輔導與題解（修訂版）》可作為講授“機械工程控製基礎”課程教師的教學參考書，也可作為機械類學生學習該課程的參考書。

文摘

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（1）特徵方程的各項係數都不等於零；
　　（2）特徵方程的各項係數的符號都相同。
　　此即係統穩定的必要條件。
　　按習慣，一般取階次項的係數為正，上述兩個條件可以歸結為一個必要條件，即係統特徵方程的各項係數全大於零，且不能為零。
　　2.係統穩定的充要條件
　　係統穩定的充要條件是Routh錶的列元素全部大於零，且不能等於零。
　　運用Routh判據還可以判定一個不穩定係統所含的具有正實部的特徵根的個數，即Routh錶列元素中符號改變的次數。
　　運用Routh判據的關鍵在於建立Routh錶。建立Routh錶的方法請參閱相關的例題。運用Routh判據判定係統的穩定性，需要知道係統閉環傳遞函數或係統的特徵方程。
　　在運用Routh判據時還應注意以下兩種特殊的情況。
　　（1）如果在Pouth錶中任意一行的個元素為零，而其後各元素不全為零，則在計算下一行的個元素時，該元素將趨於無窮大。於是Routh錶的計算無法繼續。為瞭剋服這一睏難，可以用一個很小的正數e代替列等於零的元素，然後計算Routh錶的其餘各元素。若ε上下各元符號不變，且列元素符號均為正，則係統特徵根中存在共軛的虛根。此時，係統為臨界穩定係統。
　　（2）如果在Routh錶中任意一行的所有元素均為零，Routh錶的計算無法繼續。此時，可以利用該行的上一行的元素構成一個輔助多項式，並用多項式方程的導數的係數組成Routh錶的下一行。這樣，Routh錶中的其餘各元素就可以計算下去。齣現上述情況，一般是由於係統的特徵根中，或存在兩個符號相反的實根（係統自由響應發散，係統不穩定），或存在一對共軛復根（係統自由響應發散，係統不穩定），或存在一對共軛的純虛根（即係統自由響應會維持某一頻率的等幅振蕩，此時係統臨界穩定），或是以上幾種的組閤，等等。這些特殊的使係統不穩定或臨界穩定的特徵根可以通過求解輔助多項式方程得到。
　　3.相對穩定性的檢驗
　　對於穩定的係統，運用Routh判據還可以檢驗係統的相對穩定性，采用以下方法。
　　（1）將（s）平麵的虛軸嚮左移動某個數值，即令s=z—σ（σ為正實數），代入係統特徵方程，則得到關於z的特徵方程。
　　（2）利用Routh判據對新的特徵方程進行穩定性判彆。如果新Routh錶列元素全大於零，則說明原係統特徵方程所有的根均在新虛軸之左邊，σ越大，係統相對穩定性越好。
　　5.3Nyquist穩定判據
　　1.輔助函數及其與開環、閉環傳遞函數零點和極點的關係。
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作者介紹

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《現代機械係統動力學與控製》 圖書簡介 本書聚焦於現代機械係統在復雜動態環境下的行為分析與精確控製，旨在為從事機械工程、自動化、機器人技術及相關領域研究與開發的專業人士提供一套係統、深入的學習輔導與理論解析。全書在繼承經典控製理論精髓的基礎上，充分融閤瞭現代控製理論的最新進展，並著重於機械係統特有的動力學特性和控製挑戰。 第一章 緒論：機械係統動力學的基本概念與控製的意義 本章將從宏觀視角齣發，引導讀者認識機械係統的復雜性及其對精確控製的需求。我們將首先界定“機械係統動力學”的核心概念，包括慣性、阻尼、彈性等基本物理屬性如何影響係統的運動狀態。隨後，深入探討機械係統在現實應用中為何必須進行有效的控製，例如提高生産效率、保證産品質量、實現高精度定位、保障人機安全等。我們將通過一係列經典案例，如工業機器人手臂的運動軌跡控製、汽車懸架係統的減震優化、航空航天器的姿態穩定等，來闡釋動力學行為分析與控製策略設計之間的緊密聯係。此外，本章還將簡要迴顧控製理論的發展曆程，並展望現代機械係統控製的發展趨勢，為後續章節的學習奠定堅實的理論基礎和廣闊的視野。 第二章 機械係統動力學建模：從物理原理到數學描述 動力學建模是理解和控製機械係統的第一步，也是至關重要的一步。本章將詳細介紹如何將現實世界的機械係統抽象化，並用嚴謹的數學語言來描述其動態行為。我們將首先迴顧拉格朗日方程和牛頓-歐拉方程等經典力學建模方法，並重點講解如何在復雜多自由度機械係統中應用這些方法。具體而言，將涉及如何識彆係統的自由度、如何準確建立動能和勢能錶達式、如何考慮各種外力（如重力、摩擦力、彈簧力）的影響，以及如何推導齣描述係統運動的二階常微分方程組。 為瞭應對現代機械係統中普遍存在的非綫性特性，本章還將引入非綫性係統建模的常用技術，例如泰勒展開近似、分段綫性化等。同時，我們還將探討結構復雜、部件眾多的機械係統（如齒輪傳動係統、連杆機構）的建模方法，包括如何處理剛性連接、柔性連接、間隙等問題。此外，對於具有彈性變形或振動特性的機械部件，本章還將介紹有限元方法（FEM）等高級建模技術，以及如何在動力學模型中融入這些考慮。最後，我們將討論模型驗證的重要性，以及如何通過實驗數據對比來修正和優化數學模型。 第三章 綫性係統分析與穩定性理論 綫性係統是控製理論研究的基礎，其分析方法成熟且具有普適性。本章將深入剖析綫性時不變（LTI）係統的基本特性。我們將首先介紹係統的時域響應分析，包括自由響應和強迫響應，以及如何利用單位衝激響應來錶徵係統的瞬態行為。隨後，我們將重點介紹係統傳遞函數和係統框圖等描述工具，它們能直觀地展示係統的輸入輸齣關係和內部結構。 頻率響應分析是理解係統對不同頻率輸入信號響應特性的有力工具，本章將詳細講解如何繪製伯德圖、奈奎斯特圖和根軌跡圖，並解釋這些圖譜所蘊含的係統穩定性、動態響應速度和頻率特性等關鍵信息。 穩定性是控製係統設計的基本要求，本章將係統地介紹各種穩定性判據，包括代斯·霍爾維茨判據、根軌跡法判據、奈奎斯特判據等，並深入探討瞭穩定裕度（增益裕度和相位裕度）的概念及其在係統設計中的意義。此外，本章還將引入李雅普諾夫穩定性理論，這是分析非綫性係統穩定性的重要理論工具，並在此基礎上為後續章節的非綫性控製打下基礎。 第四章 PID控製及其在機械係統中的應用 比例-積分-微分（PID）控製器因其結構簡單、易於實現、性能穩定等優點，在工業界得到瞭最廣泛的應用。本章將係統地講解PID控製器的原理、設計方法及其在各種機械係統中的典型應用。 我們將首先詳細闡述比例（P）、積分（I）和微分（D）控製分量的作用機製：比例作用用於減小誤差，積分作用用於消除穩態誤差，微分作用用於預測誤差趨勢並抑製超調。在此基礎上，我們將介紹PID控製器的通用結構和不同形式，如串聯、並聯PID以及改進型PID（如PI-D、PD-I）。 本章將重點探討PID參數整定方法。我們將介紹經典的圖解法（如臨界比例法、衰減震蕩法）和試湊法，並詳細講解如何使用Ziegler-Nichols方法進行參數優化。此外，還將引入更高級的整定技術，如基於模型的整定方法（如內模控製IMC）和自適應PID控製技術。 在應用方麵，本章將通過具體實例，展示PID控製器在機械係統中的成功應用，例如：電機速度控製、機械臂關節角度跟蹤、數控機床軸嚮進給控製、液壓缸位置控製等。我們將分析不同應用場景下PID控製器參數的選擇原則和優化策略，並討論PID控製在處理機械係統中的非綫性、時滯等問題時的局限性和改進方法。 第五章 狀態空間方法與現代控製理論基礎 狀態空間方法是現代控製理論的核心，它能夠更全麵地描述係統的動態行為，並為先進控製策略的設計提供瞭強大的數學工具。本章將詳細介紹狀態空間方程的建立與解析。我們將從物理模型齣發，推導係統的狀態方程和輸齣方程，並講解如何選擇閤適的狀態變量。 本章將深入探討綫性定常係統的狀態方程解法，包括零輸入響應和零狀態響應。我們還將介紹係統的可控性和可觀測性概念，並講解如何利用其來判斷係統是否能被完全控製以及其內部狀態是否能被完全測量。這些概念對於現代控製器的設計至關重要。 此外，本章還將介紹綫性二次型最優控製（LQR）和狀態觀測器（Kalman濾波器）等現代控製理論的基礎。LQR通過最小化二次型性能指標來設計最優反饋增益，從而獲得最優的係統響應。狀態觀測器則用於估計係統內部無法直接測量到的狀態變量。我們將講解這些方法的原理、計算過程以及在機械係統中的應用前景。 第六章 非綫性係統分析與控製 許多實際的機械係統具有顯著的非綫性特性，例如摩擦、飽和、間隙、死區等。本章將聚焦於非綫性係統的分析與控製方法。 我們將首先迴顧非綫性係統的基本概念，包括平衡點、極限環、吸引子等。隨後，我們將介紹非綫性係統分析的常用工具，如相平麵分析，它能夠直觀地展現二維非綫性係統的動態行為。本章還將深入講解李雅普諾夫穩定性理論在非綫性係統分析中的應用，包括直接法和間接法，以及如何利用李雅普諾夫函數來判斷非綫性係統的穩定性。 在非綫性控製方麵，本章將介紹幾種重要的非綫性控製策略。滑模變結構控製（Sliding Mode Control, SMC）以其對參數擾動和外部乾擾的魯棒性而著稱，我們將詳細講解其基本原理、滑模麵的設計以及實現方法，並分析其在機械係統（如伺服係統、機器人）中的應用。反饋綫性化技術能夠將非綫性係統轉化為等效的綫性係統，從而利用綫性控製理論進行設計，我們將介紹其原理與應用。此外，還將簡要介紹其他非綫性控製方法，如模糊控製、神經網絡控製等，並探討其在解決復雜機械係統非綫性問題中的潛力。 第七章 伺服係統控製與高精度定位技術 伺服係統在現代機械工程中扮演著核心角色，廣泛應用於工業自動化、機器人、數控設備等領域。本章將深入探討伺服係統的控製原理、設計方法以及實現高精度定位的技術。 我們將首先剖析伺服係統的基本構成，包括電機、傳感器（編碼器、測速計）、控製器和執行器等，並分析它們在係統中的作用。隨後，我們將重點講解伺服係統的模型建立，包括電機模型、負載模型以及伺服環路的動態特性。 在控製策略方麵，我們將詳細介紹基於PID的伺服控製，包括位置伺服、速度伺服和力矩伺服。我們將重點討論如何通過優化PID參數來提高伺服係統的響應速度、精度和穩定性。此外，本章還將介紹先進的伺服控製技術，如基於狀態空間的模型預測控製（MPC）、自適應模糊PID控製、以及機器人學中的先進軌跡跟蹤控製方法。 高精度定位是許多機械係統追求的目標，本章將探討實現高精度定位的關鍵技術，包括：傳感器融閤與濾波技術（如卡爾曼濾波），用於提高位置估計的準確性；前饋控製與反饋控製的結閤，用於補償係統誤差和外部乾擾；以及基於模型的補償技術，如摩擦補償、重力補償、慣性補償等。我們還將討論如何通過精密機械設計、減小傳動誤差、優化執行機構等手段來提升係統的定位精度。 第八章 機械振動分析與減振控製 機械振動是機械係統中普遍存在的現象，它不僅會降低係統的性能，影響産品質量，還可能導緻設備損壞和噪音汙染。本章將係統地介紹機械振動的基本理論、分析方法以及有效的減振控製策略。 我們將首先迴顧單自由度和多自由度係統的自由振動和強迫振動理論，包括固有頻率、振型、阻尼比等重要概念。本章將重點講解如何利用傅裏葉分析、拉普拉斯變換等數學工具來分析係統的頻率響應和時域響應。 在減振控製方麵，本章將介紹多種行之有效的技術。我們將詳細講解阻尼減振技術，包括結構阻尼、粘滯阻尼、材料阻尼等，並介紹減振器的設計與選型。主動減振技術是現代機械工程的研究熱點，本章將介紹幾種主流的主動減振方法，例如：基於反饋控製的主動隔振係統，通過傳感器檢測振動信號並由執行器産生反嚮力來抵消振動；以及基於模型預測的主動減振控製，利用係統模型預測未來振動趨勢並提前采取控製措施。 此外，本章還將介紹動力吸振器（Tuned Mass Damper, TMD）的設計與應用，它通過引入一個附加的振動係統來吸收原係統的振動能量。最後，我們將討論如何通過係統參數優化、結構改進以及與其他控製策略（如PID控製）相結閤的方式，來達到更優的減振效果。 第九章 機器人動力學與控製 機器人技術是機械工程與控製科學高度融閤的典範。本章將從動力學建模和控製策略兩個層麵，深入探討機器人的運動學與動力學。 我們將首先迴顧機器人的運動學，包括正嚮運動學和逆嚮運動學，以及雅可比矩陣在速度和力之間的關係分析中的作用。隨後，本章將重點介紹機器人的動力學建模方法，特彆是基於牛頓-歐拉方程和拉格朗日方程的建模技術。我們將詳細講解如何考慮機器人的連杆質量、慣量、科氏力、離心力以及關節摩擦等復雜因素，建立高精度的機器人動力學模型。 在機器人控製方麵，本章將介紹多種控製策略。我們將重點講解基於PID的機器人關節控製，以及如何針對機器人係統特性進行參數整定。此外，本章還將深入探討先進的機器人控製方法，例如：基於模型的前饋-反饋復閤控製，它利用動力學模型進行前饋補償，並輔以反饋控製來提高跟蹤精度；以及魯棒控製和自適應控製技術，用於應對模型不確定性和外部乾擾。 最後，本章還將簡要介紹機器人路徑規劃與軌跡生成的基本概念，以及如何在動力學模型的基礎上實現平滑、高效的機器人運動。 第十章 機械係統的故障診斷與容錯控製 隨著機械係統日益復雜和集成化程度的提高，其可靠性與安全性變得尤為重要。本章將關注機械係統的故障診斷與容錯控製技術。 我們將首先介紹故障診斷的基本原理和方法。通過對係統運行數據的監測和分析，如傳感器信號、運行參數等，識彆潛在的故障。我們將討論基於模型的方法（例如，利用殘差分析和狀態估計）和基於數據驅動的方法（例如，機器學習和模式識彆）在故障診斷中的應用。 容錯控製的目標是在係統發生故障時，仍能維持係統的基本功能或以降低的性能繼續運行。本章將介紹幾種主要的容錯控製策略，包括：重構控製（通過改變控製器結構或參數來適應故障）；冗餘控製（利用冗餘的傳感器或執行器來彌補失效部件）；以及自適應控製（根據故障信息動態調整控製參數）。 我們將通過實例，例如在伺服係統中，當電機發生堵轉或傳感器失效時，如何通過容錯控製策略來保證係統的安全運行。此外，本章還將探討故障預測技術，其目標是在故障發生前進行預警，為維護和維修提供充足的時間，從而最大程度地減少停機時間和損失。 總結 《現代機械係統動力學與控製》是一本集理論深度與實踐應用為一體的專業教材。本書在係統闡述機械係統動力學建模、綫性與非綫性控製理論的基礎上，重點介紹瞭PID控製、狀態空間方法、伺服係統控製、振動分析與減振控製、機器人動力學與控製以及故障診斷與容錯控製等關鍵領域。通過豐富的案例分析和深入的原理剖析，本書旨在幫助讀者建立紮實的理論基礎，掌握解決復雜工程問題的能力，從而在現代機械工程領域做齣卓越貢獻。

評分☆☆☆☆☆

第一眼看到這本書的封麵，就有一種踏實的感覺。書名“機械工程控製基礎學習輔導與題解”很直接地錶明瞭它的定位，對於我這樣一名在機械控製領域摸索的學生來說，這無疑是一份珍貴的“指南針”。我一直在尋找一本能夠係統梳理控製理論知識，並且提供大量練習題和詳細解答的書籍，因為我深知，理論的學習離不開實踐的檢驗。翻閱目錄，發現涵蓋瞭從經典的PID控製，到現代控製理論的LQR、卡爾曼濾波等核心內容，這讓我對掌握機械工程領域的控製技術充滿瞭信心。特彆是“題解”部分，是我最看重的，很多時候，理解一個概念的最佳方式就是去嘗試解決與之相關的實際問題。希望這本書的題目能覆蓋到考試的重點和難點，並且解答能夠深入淺齣，讓我不僅知道“怎麼做”，更能理解“為什麼這樣做”。我對書中提供的輔導部分也抱有很高的期待，希望它能像一位經驗豐富的老師，在我學習過程中遇到瓶頸時，及時給予指導和啓發。

評分☆☆☆☆☆

對於我這樣一個對控製理論感到有些吃力的學習者來說，一本好的輔導書就像黑暗中的一盞明燈。這本書的標題“學習輔導與題解”就正中我的下懷。我一直在尋找一本能夠幫助我剋服理解難點、鞏固知識的書籍。我希望這本書的講解風格是通俗易懂的，能夠用清晰的語言解釋復雜的概念，而不是簡單地堆砌公式和術語。我期待的“輔導”不僅僅是知識點的梳理，更包括對易錯點、難點的提示，以及如何將抽象的數學模型與具體的物理係統聯係起來。而“題解”部分，我更希望它不僅僅是給齣答案，而是能夠提供完整的解題思路和步驟，甚至分析不同解法的優劣，讓我能夠觸類旁通。如果書中還能包含一些實際工程中的控製案例分析，那將是錦上添花，能夠幫助我更直觀地理解理論知識的價值和應用場景。我希望通過這本書的學習，能夠真正掌握機械工程控製的基礎，為後續更深入的學習打下堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

作為一名正在深入學習機械工程控製的學生，一本能夠提供係統輔導和深入題解的書籍對我來說至關重要。這本書的名稱“機械工程控製基礎學習輔導與題解”讓我對其內容充滿瞭好奇與期望。我希望這本書能夠清晰地講解控製工程中的基本原理，例如傳遞函數、閉環係統、穩定性判據等，並能用通俗易懂的語言來闡述這些概念。尤其重要的是，我期望其中的“輔導”部分能夠提供一些深入的解析，幫助我理解理論知識的內在邏輯，以及如何將其應用於解決實際的機械工程控製問題。此外，“題解”部分是我特彆關注的，我希望它能夠包含大量具有代錶性的習題，並且解答過程詳細、透徹，能夠真正幫助我掌握解題技巧，並且能夠舉一反三，觸類旁通。我希望通過這本書的學習，能夠有效地鞏固所學知識，提高解決實際工程問題的能力。

評分☆☆☆☆☆

我一直認為，機械工程中的控製技術是連接理論與實踐的橋梁，而一本優秀的教材和輔導書，則是幫助我們跨越這座橋梁的關鍵。這本書的書名“機械工程控製基礎學習輔導與題解”傳遞齣的信息，讓我對它充滿期待。我希望它能夠清晰地梳理齣控製工程的核心概念，例如係統建模、穩定性分析、頻率響應和時域響應等。更重要的是，我期待它的“輔導”部分能夠幫助我理解這些概念背後的物理意義，以及它們在機械係統中的具體體現。對於“題解”部分，我希望能看到豐富多樣的題目，從基礎概念的鞏固，到復雜係統的設計與分析，都能有所涵蓋。而詳細的解答，不僅能告訴我“答案”，更能讓我理解“過程”，甚至發現解決問題的多種途徑。我希望這本書能夠提供一些啓發性的解題思路，教會我如何分析問題、建立模型，並最終設計齣滿足要求的控製器。

評分☆☆☆☆☆

這本書帶給我的第一印象是它的係統性和全麵性。作為機械工程領域的一個分支，控製工程涉及的知識點非常龐雜，從基礎的數學工具，到信號與係統，再到各種控製器設計方法，環環相扣，任何一個環節的疏漏都可能導緻後續學習的睏難。我特彆欣賞這本書在章節編排上的邏輯性，它似乎遵循著由淺入深、循序漸進的原則，相信這能夠幫助我更好地構建起完整的知識體係。更重要的是，我注意到書中不僅僅是羅列概念和公式，而是強調“輔導”和“題解”，這錶明它更注重培養讀者的實際應用能力。在機械工程的實際應用中，僅僅掌握理論是遠遠不夠的，必須能夠將其轉化為解決實際問題的工具。因此，我非常期待書中提供的例題和習題，尤其是那些能夠反映實際工程案例的題目，以及那些能夠啓發我思考控製器設計思路的題解。我希望能通過這本書，真正理解控製理論在機械係統中的應用，並能獨立解決一些基礎的控製問題。