本書是按照高等院校“機械工程”專業(yè)研究生培養(yǎng)目標編寫的，講述現代機械控制系統的基本原理、設計方法以及在現代機械工程自動控制系統中的應用。全書共七章，內容包括緒論、機械控制系統的數學模型、機械控制系統數學模型求解及分析、機械控制系統的穩(wěn)定性分析、機械控制系統校正與設計、**控制理論基礎、智能控制理論基礎。通過工程應用實例講述現代機械控制系統的設計方法和理論，并加入了MATLAB軟件相應的具體應用舉例，以便讀者學習使用計算機進行相關分析研究。各章設置有習題，書末附有部分習題的參考答案，便于幫助讀者事半功倍地學習現代機械控制系統的理論內容、設計步驟與分析方法等。
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目錄
第1章 緒論 1
1.1 機械工程的發(fā)展與控制理論的應用 1
1.2 控制系統應用舉例 3
1.2.1 工作臺位置自動控制系統 3
1.2.2 磁懸浮系統 7
1.2.3 簡單機械手 9
1.3 機械自動控制系統的分類 10
1.4 對自動控制系統的基本要求 11
習題 12
第2章 機械控制系統的數學模型 13
2.1 微分方程 13
2.2 非線性數學模型的線性化 15
2.3 傳遞函數 17
2.3.1 拉普拉斯變換 17
2.3.2 傳遞函數的定義 18
2.3.3 典型環(huán)節(jié)的傳遞函數 19
2.4 狀態(tài)空間表達式 20
2.4.1 基本概念 20
2.4.2 狀態(tài)空間表達式的定義 21
2.5 狀態(tài)空間表達式的建立 23
2.5.1 建立狀態(tài)空間表達式的直接法 23
2.5.2 由微分方程建立狀態(tài)空間表達式 27
2.5.3 由傳遞函數建立狀態(tài)空間表達式 32
2.6 由狀態(tài)空間表達式求傳遞函數矩陣 33
2.6.1 傳遞函數矩陣的概念 33
2.6.2 由狀態(tài)空間表達式求傳遞函數矩陣 34
2.7 離散控制系統的數學模型 36
2.7.1 離散控制系統概述 36
2.7.2 Z 變換和Z 逆變換 38
2.7.3 離散控制系統的差分方程 41
2.7.4 離散控制系統的傳遞函數 42
2.7.5 離散控制系統的狀態(tài)空間表達式 46
2.8 MATLAB 的運用與分析 50
2.8.1 系統數學模型的MATLAB 表示 50
2.8.2 數學模型間的轉換 52
2.9 工程實例中的數學模型建立 55
2.9.1 工作臺位置自動控制系統 55
2.9.2 倒立振子/臺車控制系統 57
2.9.3 簡單機械手 59
習題 62
第3章 機械控制系統數學模型求解及分析 65
3.1 單輸入單輸出系統時域分析 65
3.1.1 典型輸入信號 65
3.1.2 一階系統的時域響應 66
3.1.3 二階系統的時域響應 68
3.2 單輸入單輸出系統頻域分析 74
3.2.1 頻率特性的概念 74
3.2.2 頻率特性的求法 74
3.2.3 頻率特性的圖形表達 75
3.2.4 頻率特性的性能指標 82
3.3 單輸入單輸出系統根軌跡分析 83
3.3.1 根軌跡定義 83
3.3.2 根軌跡的幅值條件和相角條件 84
3.3.3 繪制根軌跡的基本規(guī)則 85
3.3.4 根軌跡與系統性能的關系 91
3.4 多輸入多輸出系統時域分析 91
3.4.1 線性定常齊次狀態(tài)方程的解 92
3.4.2 矩陣指數 94
3.4.3 狀態(tài)轉移矩陣 98
3.4.4 線性常系數非齊次狀態(tài)方程的解 99
3.4.5 線性系統的可控性與可觀測性 102
3.4.6 線性系統的可控標準型與可觀測標準型 111
3.5 離散控制系統數學模型求解及分析 115
3.5.1 離散控制系統時域分析 116
3.5.2 離散狀態(tài)方程的解 119
3.5.3 離散系統的可控性與可觀測性 121
3.6 MATLAB 在狀態(tài)空間分析的應用 122
3.6.1 矩陣指數函數的計算 122
3.6.2 連續(xù)系統的狀態(tài)空間模型求解 123
3.6.3 連續(xù)系統的離散化 125
3.6.4 離散系統的狀態(tài)空間模型求解 126
3.6.5 系統可控性和可觀測性判斷 127
3.7 工程實例中的時域分析 130
3.7.1 工作臺位置自動控制系統 130
3.7.2 倒立振子/臺車控制系統 131
3.7.3 簡單機械手 132
習題 133
第4章 機械控制系統的穩(wěn)定性分析 139
4.1 系統穩(wěn)定性的基本概念 139
4.2 單輸入單輸出系統的穩(wěn)定性分析 140
4.2.1 代數穩(wěn)定性判據 141
4.2.2 幾何穩(wěn)定性判據 147
4.2.3 系統的相對穩(wěn)定性 152
4.2.4 穩(wěn)態(tài)誤差分析 154
4.3 多輸入多輸出系統的穩(wěn)定性分析 164
4.3.1 李雅普諾夫第一方法 165
4.3.2 李雅普諾夫第二方法 167
4.3.3 系統穩(wěn)定性分析 169
4.4 離散控制系統的穩(wěn)定性分析 171
4.4.1 單輸入單輸出離散控制系統的穩(wěn)定性分析 171
4.4.2 多輸入多輸出離散控制系統的穩(wěn)定性分析 176
4.5 MATLAB 在系統穩(wěn)定性分析中的應用 176
4.5.1 連續(xù)系統的李雅普諾夫穩(wěn)定性分析 176
4.5.2 離散控制系統的李雅普諾夫穩(wěn)定性分析 178
4.6 工程實例中的穩(wěn)定性分析 179
4.6.1 工作臺位置自動控制系統 179
4.6.2 倒立振子/臺車控制系統 180
4.6.3 簡單機械手 181
習題 182
第5章 機械控制系統校正與設計 185
5.1 單輸入單輸出控制系統校正 186
5.1.1 并聯校正 186
5.1.2 串聯校正 188
5.2 多輸入多輸出控制系統控制器設計 191
5.2.1 系統的狀態(tài)反饋 191
5.2.2 系統的輸出反饋 192
5.2.3 系統極點的配置 193
5.2.4 狀態(tài)反饋解耦 195
5.2.5 狀態(tài)觀測器及其設計 200
5.3 離散控制系統的校正與設計 207
5.3.1 模擬化設計法 207
5.3.2 離散設計法 208
5.3.3 最少拍設計 209
5.4 MATLAB 在系統控制器設計中的應用 212
5.4.1 極點配置 212
5.4.2 狀態(tài)觀測器設計 214
5.5 工程實例中的系統校正與設計 215
5.5.1 工作臺位置自動控制系統 215
5.5.2 倒立振子/臺車控制系統 217
5.5.3 簡單機械手 219
習題 220
第6章 最優(yōu)控制理論基礎 225
6.1 最優(yōu)控制理論概述 225
6.2 最優(yōu)性能指標 226
6.2.1 積分型最優(yōu)性能指標 227
6.2.2 末值型最優(yōu)性能指標 228
6.2.3 綜合最優(yōu)性能指標 228
6.2.4 最優(yōu)控制的約束條件 228
6.3 系統的最優(yōu)參數問題 228
6.4 連續(xù)系統的二次型最優(yōu)控制 229
6.4.1 連續(xù)系統二次型調節(jié)器問題的求解 230
6.4.2 連續(xù)系統二次型調節(jié)器問題的拓展 231
6.4.3 MATLAB 實現 232
6.5 離散系統的二次型最優(yōu)控制 233
6.5.1 離散系統二次型最優(yōu)控制問題的求解 233
6.5.2 采用離散極小值原理的求解 234
6.5.3 最小性能指標的計算 236
6.6 動力減振器的最優(yōu)控制 241
習題 243
第7章 智能控制理論基礎 245
7.1 智能控制的結構 245
7.2 學習控制系統 246
7.2.1 學習控制的發(fā)展 246
7.2.2 學習控制的基本原理 246
7.2.3 學習控制的應用舉例 248
7.3 模糊控制系統 250
7.3.1 集合的基本概念和術語 250
7.3.2 模糊控制的理論基礎 252
7.3.3 模糊控制的基本原理 253
7.3.4 模糊控制的應用舉例 259
7.4 專家控制系統 264
7.4.1 專家控制系統的結構 265
7.4.2 專家系統的類型 266
7.4.3 專家控制系統的應用舉例 266
7.5 人工神經網絡控制系統 269
7.5.1 人工神經元模型 269
7.5.2 人工神經網絡的構成 270
7.5.3 人工神經網絡的學習算法 270
7.5.4 人工神經網絡應用舉例 273
7.6 仿人智能控制 274
7.6.1 仿人智能控制的基本思想 275
7.6.2 仿人智能控制的原型算法 275
7.6.3 仿人智能控制器設計的基本步驟 276
7.6.4 仿人智能控制的應用舉例 276
7.7 其他智能控制方法 280
7.7.1 智能PID 控制 280
7.7.2 自適應控制系統 282
7.7.3 深度學習 284
習題 289
部分習題參考答案 290
參考文獻 297
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