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第1章 控制系统导论1

1.1 机电控制系统的基本概念1

1.1.1 机电一体化的概念与内涵1

1.1.2 控制的基本概念1

1.2 机电控制系统的组成3

1.2.1 机电控制系统的组成概述3

1.2.2 控制装置的功能4

1.3 机电控制系统的性能要求和指标5

1.3.1 机电控制系统的性能要求5

1.3.2 机电控制系统的性能指标5

1.4 控制系统设计概述6

1.4.1 自动控制简史6

1.4.2 控制系统前瞻7

1.4.3 控制系统设计过程7

1.5 典型机电控制系统8

1.5.1 磁盘驱动系统介绍8

1.5.2 磁盘驱动系统设计步骤9

练习题9

第2章 机电控制系统的数学模型12

2.1 控制系统时域数学模型的建立12

2.1.1 物理系统微分方程的建立12

2.1.2 物理系统的线性近似14

2.2 线性系统的传递函数15

2.2.1 传递函数定义15

2.2.2 拉氏变换16

2.2.3 关于传递函数的几点说明19

2.2.4 典型环节的传递函数20

2.3 控制系统的结构图22

2.3.1 结构图的四种基本单元22

2.3.2 结构图的基本形式和等效变换23

2.3.3 五种常用的等效变换法则24

2.3.4 开环传递函数和闭环传递函数25

2.4 信号流图模型26

2.5 利用MATLAB进行系统建模与仿真28

2.5.1 传递函数的多项式表示28

2.5.2 连续系统的模型转换28

2.5.3 结构图化简29

2.6 设计实例——磁盘驱动系统数学建模30

练习题33

第3章 时域分析法36

3.1 时间响应性能指标36

3.1.1 典型输入信号36

3.1.2 阶跃响应性能指标37

3.2 一阶系统的时域分析38

3.2.1 一阶系统的数学模型38

3.2.2 一阶系统的单位阶跃响应38

3.3 二阶系统的时域分析39

3.3.1 二阶系统的数学模型39

3.3.2 二阶系统特征方程40

3.3.3 二阶系统的阶跃响应41

3.3.4 欠阻尼二阶系统的动态性能指标43

3.3.5 改善二阶系统性能的措施44

3.3.6 高阶系统的时域分析46

3.4 线性系统的稳定性分析48

3.4.1 线性系统稳定性的定义48

3.4.2 系统稳定充要条件48

3.5 线性系统稳态误差分析51

3.5.1 稳态误差的概念51

3.5.2 稳态误差的计算52

3.5.3 输入信号作用下的稳态误差与系统型别的关系53

3.5.4 扰动作用下稳态误差计算56

3.6 用MATLAB进行系统时域分析58

3.6.1 绘制时域响应曲线58

3.6.2 应用MATLAB研究系统的稳定性59

3.7 设计实例——磁盘驱动读取系统61

练习题65

第4章 控制系统的设计71

4.1 根轨迹法分析71

4.1.1 根轨迹概念71

4.1.2 根轨迹绘制基本法则73

4.1.3 根轨迹法应用79

4.1.4 附加开环零、极点的作用81

4.2 控制系统的频域分析82

4.2.1 频率特性及其与时域响应的关系82

4.2.2 典型环节的频率特性86

4.2.3 系统开环频率特性的绘制92

4.2.4 奈奎斯特判据和系统的相对稳定性99

4.2.5 系统频域性能指标106

4.3 串联校正111

4.3.1 系统校正设计基础111

4.3.2 串联超前校正113

4.3.3 串联滞后校正119

4.3.4 滞后-超前网络125

4.4 MATLAB辅助分析与设计128

4.4.1 应用MATLAB分析根轨迹128

4.4.2 用MATLAB绘制频率响应图130

4.4.3 利用MATLAB分析频域稳定性131

4.5 设计实例133

设计实例1——磁盘驱动读取系统设计133

设计实例2——转子绕线机控制系统134

练习题138

第5章 线性离散系统分析142

5.1 离散系统的基本概念142

5.1.1 采样控制系统142

5.1.2 数字控制系统142

5.1.3 离散控制系统的特点和研究方法144

5.2 信号的采样与保持145

5.2.1 数据采样及数学描述145

5.2.2 采样过程的数学描述146

5.2.3 采样定理147

5.2.4 信号的复现151

5.3 z变换理论153

5.3.1 z变换定义153

5.3.2 z变换的性质154

5.3.3 z变换的求法154

5.3.4 z反变换157

5.4 离散系统的数学模型159

5.4.1 线性常系数差分方程及其解法159

5.4.2 脉冲传递函数161

5.5 离散系统的稳定性分析167

5.5.1 离散系统的零、极点概念167

5.5.2 Z平面与S平面的影射关系167

5.5.3 离散系统稳定的充要条件169

5.5.4 离散系统的稳定性判据170

5.5.5 离散系统的稳态误差172

5.5.6 离散系统的动态性能分析174

5.6 应用MATLAB设计数字控制系统177

第6章 控制系统传感器技术179

6.1 速度传感器179

6.1.1 光电式转速传感器179

6.1.2 光纤多普勒速度传感器183

6.2 MEMS惯性器件原理与应用186

6.2.1 MEMS加速度计186

6.2.2 MEMS陀螺仪190

6.3 仿生传感器技术195

6.3.1 视觉传感器195

6.3.2 听觉（声）传感器205

6.3.3 触觉传感器207

6.3.4 接近觉传感器208

6.3.5 力觉传感器和滑觉传感器209

6.3.6 嗅觉传感器210

6.3.7 光流传感器211

练习题211

第7章 控制系统中的驱动技术212

7.1 步进电机及其驱动212

7.1.1 步进电机工作原理213

7.1.2 步进电机选型216

7.2 直流电机及控制220

7.2.1 直流电机控制原理220

7.2.2 直流电机选型222

7.3 超声电机原理及应用222

7.3.1 超声电机概述223

7.3.2 超声电机基本原理224

7.3.3 超声电机应用229

练习题231

第8章 典型机电控制系统232

8.1 小型无人地面平台控制系统设计232

8.1.1 小型无人地面平台简介232

8.1.2 小型无人地面平台横向控制系统结构框图设计232

8.1.3 小型无人地面平台运动学数学模型建立233

8.1.4 小型无人地面平台横向控制系统关键参数设计234

8.1.5 小型无人地面平台横向控制实验与分析237

8.2 侦察用飞行器飞行控制系统设计241

8.2.1 侦察用飞行器简介241

8.2.2 侦察用飞行器飞行控制系统结构框图设计242

8.2.3 侦察用飞行器运动学数学模型建立243

8.2.4 侦察用飞行器飞行控制系统配平点分析245

8.2.5 侦察用飞行器飞行控制系统设计与仿真248

8.2.6 侦察用飞行器飞行控制系统实验与分析252

8.3 旋转弹舵机驱动系统设计253

8.3.1 带舵机控制系统的旋转弹253

8.3.2 旋转弹控制系统原理框图设计254

8.3.3 旋转弹舵机控制力产生的机理255

8.3.4 旋转弹运动数学模型建立259

8.3.5 旋转弹舵机控制系统设计260

参考文献270