出版說明
前言

第25篇機電繫統控制

第1章概述

1自動控制繫統的基本組成25-3

2自動控制繫統的分類25-3

3對自動控制繫統的基本要求25-4

4控制繫統的性能指標25-4

41控制繫統的時域性能指標25-5

411典型輸入信號25-5

412一階繫統的時域性能指標25-5

413二階繫統的時域性能指標25-5

414高階繫統的時域性能指標25-7

42控制繫統的頻域性能指標25-8

5自動控制繫統設計的基本原則25-8

第2章控制繫統數學模型

1繫統的微分方程25-10

2繫統的傳遞函數25-11

21傳遞函數的定義25-11

22傳遞函數的性質 25-11

23與傳遞函數相關的幾個基本概念25-11

24典型環節的微分方程和傳遞函數25-11

3繫統的狀態空間表達式25-13

31基本概念25-13

32狀態空間表達式25-13

33狀態空間表達式的建立方法25-14

331建立狀態空間表達式的直接
方法25-14

332由微分方程求狀態空間表達式25-14

333由繫統傳遞函數寫出狀態空間
表達式25-14

34繫統的傳遞函數矩陣25-14

341傳遞函數矩陣的概念25-14

342由狀態空間表達式求傳遞函數
矩陣25-15

4離散繫統的數學模型25-15

41離散繫統的差分方程25-15

411差分方程含義25-15

412差分方程的解法25-16

42離散繫統的傳遞函數25-16

421離散傳遞函數的定義25-16

422離散傳遞函數的求法25-16

423開環繫統的脈衝傳遞函數25-17

424閉環繫統的脈衝傳遞函數25-17

43離散繫統的狀態空間表達式25-17

431離散繫統狀態方程的建立25-17

432離散繫統的傳遞矩陣25-19

5繫統框圖25-19

51畫框圖的規則25-19

52框圖的基本連接方式與等效變換
規則25-19

53框圖的簡化25-20

6信號流圖 25-20

61信號流圖的性質25-20

62信號流圖的簡化25-20

63梅遜公式及其應用25-20

7非線性繫統線性化25-21

第3章控制繫統分析方法

1頻率特性分析法25-23

11頻率特性的基本概念25-23

12頻率特性的求法25-23

13頻率特性的圖示法25-23

131極坐標圖25-23

132對數坐標圖25-23

2根軌跡分析法25-27

21根軌跡定義25-27

22根軌跡的幅值條件和相角條件25-27

23繪制根軌跡的基本規則25-27

24在開環傳遞函數中增加極點、零點
的影響25-28

3繫統穩定性25-29

31繫統穩定性的基本概念25-29

32線性繫統的代數穩定性判據25-29

321赫爾維茨判據25-29

322勞斯判據25-30

323謝緒愷判據25-31

33李亞普諾夫穩定性判據25-31

34乃奎斯特穩定性判據25-31

341乃奎斯特判據25-31

342乃奎斯特判據的應用25-32

35根據Bode圖判斷繫統的穩定性25-33

36繫統的相對穩定性25-33

361相位穩定裕度25-33

362幅值穩定裕度25-33

目錄
目錄
363關於相位裕度和幅值裕度的
幾點說明25-33

4控制繫統的誤差25-34

41繫統的復域誤差25-34

42繫統時域穩態誤差25-34

43繫統穩態誤差的計算25-34

431繫統的類型25-34

432繫統的誤差傳遞函數25-34

433穩態誤差繫數與穩態誤差25-34

44擾動引起的誤差25-35

5離散繫統的Z域分析25-36

51離散繫統的穩定性分析25-36

52極點分布與瞬態響應的關繫25-36

53離散繫統的穩態誤差25-37

第4章控制繫統設計方法

1控制繫統設計的基本原理25-38

11Bode定理25-38

12反饋校正25-38

13順饋校正25-39

14串聯校正25-39

15控制器分類25-39

2控制器設計方法25-41

21按希望特性設計控制器的基本原理25-41

211典型Ⅰ型繫統（二階希望特性
繫統）25-41

212典型Ⅱ型繫統(三階希望特性
繫統)25-42

22按希望特性設計控制器的圖解法25-44

23按希望特性設計控制器的直接法25-45

24PID控制器25-46

3離散繫統設計25-47

31模擬化設計法25-47

32離散設計法25-48

33PID數字控制器25-48

第5章先進控制理論基礎

1繫統智能化25-50

11智能控制的產生背景25-50

12智能機器的智能級別25-50

13智能化繫統的結構25-51

14人工智能25-52

141人工智能的定義25-52

142人工智能的發展史25-52

143人工智能的研究與應用25-53

15智能控制繫統的特點25-54

16運動狀態的智能控制25-55

161交通工具運動狀態的智能控制25-55

162各種數控機床運動狀態的智能
控制25-55

163機器人運動狀態的智能控制25-56

2控制25-56

21性能指標25-56

211積分型性能指標25-56

212末值型性能指標25-57

213綜合性能指標25-57

22控制的約束條件25-57

221對繫統的控制作用或控制
容量的限制25-57

222終了狀態的約束條件25-57

223繫統的參數問題25-5

本版手冊為新出版的第6版7卷本《機械設計手冊》。由於科學技術的快速發展，需要我們對手冊內容進行更新，增加新的科技內容，以滿足廣大讀者的迫切需要。

《機械設計手冊》自1991年面世發行以來，歷經5次修訂，截至2016年已累計發行38萬套。作為重點科技圖書的《機械設計手冊》，深受社會各界的重視和好評，在全國具有很大的影響力，該手冊曾獲得全國優秀科技圖書獎二等獎（1995年）、中國機械工業部科技進步獎二等獎（1997年）、中國機械工業科學技術獎一等獎（2011年）、中國出版政府獎提名獎（2013年），並多次獲得全國優秀暢銷書獎等獎項。1994年，《機械設計手冊》曾在我國臺灣建宏出版社出版發行，並在海內外產生了廣泛的影響。《機械設計手冊》榮獲的一繫列國家和部級獎項表明，其具有很高的科學價值、實用價值和文化價值。《機械設計手冊》已成為機械設計領域的一部大型品牌工具書，已成為機械工程領域權威的和影響力較大的大型工具書，長期以來，它為我國裝備制造業的發展做出了巨大貢獻。

第5版《機械設計手冊》出版發行至今已有7年時間，這期間我國國民經濟有了很大發展，國家制定了《國家創新驅動發展戰略綱要》，其中把創新驅動發展作為了國家的優先戰略。因此，《機械設計手冊》第6版修訂工作的指導思想除努力貫徹“科學性、先進性、創新性、實用性、可靠性”外，更加突出了“創新性”，以全力配合我國“創新驅動發展戰略”的重大需求，為實現我國建設創新型國家和科技強國夢做出貢獻。

在本版手冊的修訂過程中，廣泛調研了廠礦企業、設計院、科研院所和高等院校等多方面的使用情況和意見。對機械設計的基礎內容、經典內容和傳統內容，從取材、產品及其零部件的設計方法與計算流程、設計實例等多方面進行了深入繫統的整合，同時，還全面總結了當前國內外機械設計的新理論、新方法、新材料、新工藝、新結構、新產品和新技術，特別是在現代設計與創新設計理論與方法、機電一體化及機械繫統控制技術等方面做了繫統和全面的論述和凝練。相信本版手冊會以嶄新的面貌展現在廣大讀者面前，它將對提高我國機械產品的設計水平、推進新產品的研究與開發、老產品的改造，以及產品的引進、消化、吸收和再創新，進而促進我國由制造大國向制造強國躍升，發揮出巨大的作用。

本版手冊分為7卷55篇：第1卷機械設計基礎資料；第2卷機械零部件設計（連接、緊固與傳動）；第3卷機械零部件設計（軸繫、支承與其他）；第4卷流體傳動與控制；第5卷機電一體化與控制技術；第6卷現代設計與創新設計（一）；第7卷現代設計與創新設計（二）。

本版手冊有以下七大特點：

一、構建新體繫

構建了科學、先進、實用、適應現代機械設計創新潮流的《機械設計手冊》新結構體繫。該體繫層次為：機械基礎、常規設計、機電一體化設計與控制技術、現代設計與創新設計方法。該體繫的特點是：常規設計方法與現代設計方法互相融合，光、機、電設計融為一體，局部的零部件設計與繫統化設計互相銜接，並努力將創新設計的理念貫穿於常規設計與現代設計之中。

二、凸顯創新性

*總書記在2014年6月和2016年5月召開的中國科學院、中國工程院兩院院士大會上分別提出了我國科技發展的方向就是“創新、創新、再創新”，以及實現創新型國家和科技強國的三個階段的目標和五項具體工作。為了配合我國創新驅動發展戰略的重大需求，本版手冊突出了機械創新設計內容的編寫，主要有以下幾個方面：

（1）新增第7卷，重點介紹了創新設計及與創新設計有關的內容。

該卷主要內容有：機械創新設計概論，創新設計方法論，頂層設計原理、方法與應用，創新原理、思維、方法與應用，綠色設計與和諧設計，智能設計，仿生機械設計，互聯網上的合作設計，工業通信網絡，面向機械工程領域的大數據、雲計算與物聯網技術，3D打印設計與制造技術，繫統化設計理論與方法。

前言
前言

（2）在一些篇章編入了創新設計和多種典型機械創新設計的內容。

“第11篇機構設計”篇新增加了“機構創新設計”一章，該章編入了機構創新設計的原理、方法及飛剪機剪切機構創新設計，大型空間折展機構創新設計等多個創新設計的案例。典型機械的創新設計有大型全斷面掘進機（盾構機）仿真分析與數字化設計、機器人挖掘機的機電一體化創新設計、節能抽油機的創新設計、產品包裝生產線的機構方案創新設計等。

（3）編入了一大批典型的創新機械產品。

“機械無級變速器”一章中編入了新型金屬帶式無級變速器，“並聯機構的設計與應用”一章中編入了數十個新型的並聯機床產品，“振動的利用”一章中新編入了激振器偏移式自同步振動篩、慣性共振式振動篩、振動壓路機等十多個典型的創新機械產品。這些產品有的獲得了國家或省部級獎勵，有的是專利產品。

（4）編入了機械設計理論和設計方法論等方面的創新研究成果。

1）聞邦椿院士團隊經過長期研究，在國際上首先創建了振動利用工程學科，提出了該類機械設計理論和方法。本版手冊中編入了相關內容和實例。

2）根據多年的研究，提出了以非線性動力學理論為基礎的深層次的動