第1章機械工程控制概述

1.1控制的必要性 2

1.2機械自動控制的類型 4

1.3順序控制 8

1.4反饋控制  12

習題 16



第2章機械控制繫統的分析方法

2.1線性和非線性  18

2.2疊加原理和應用  20

2.3拉普拉斯變換的定義和計算方法  22

2.4拉普拉斯變換的基本定理  24

2.5拉普拉斯逆變換的定義  28

2.6時域t 向頻域s 的變換 30

2.7頻域s 向時域t 的轉換  35

2.8傳遞函數  41

習題 43



第3章典型環節的傳遞函數

3.1機械模型化件  46

3.2比例環節的傳遞函數  50

3.3積分環節的傳遞函數  52

3.4微分環節的傳遞函數  54

3.5慣性環節的傳遞函數  56

3.6振蕩環節的傳遞函數  58

3.7滯後環節的傳遞函數和小結  60

習題 64



第4章方框圖

4.1方框圖的基本結構  66

4.2方框圖的基本連接方式  69

4.3方框圖的等效變換和簡化  73

4.4方框圖的相關應用示例  78

習題 83



第5章瞬態響應

5.1控制環節的響應和輸入信號  86

5.2典型環節的瞬態響應  90

5.3慣性環節的指數響應  92

5.4慣性環節的脈衝響應  94

5.5振蕩環節的指數響應  96

5.6振蕩環節的脈衝響應 102

習題106



第6章頻率響應

6.1頻率響應的基本概念 108

6.2頻率響應的表示和伯德圖 112

6.3常見環節的頻率響應 116

6.4慣性環節的頻率響應 120

6.5振蕩環節的頻率響應 124

6.6瞬態響應和頻率響應的關繫 128

習題132



第7章反饋控制繫統

7.1反饋控制繫統的特性 134

7.2反饋控制繫統的性能評價 138

7.3閉環控制繫統的階躍響應 140

7.4閉環控制繫統的頻率響應 142

7.5反饋控制繫統的穩定性 146

7.6PID控制 148

習題 153



第8章傳感器和驅動器的基礎

8.1輸出量的檢測和控制對像的驅動 156

8.2利用電阻變化的傳感器 160

8.3利用產生電動勢的傳感器 164

8.4直線運動型驅動器 168

8.5旋轉運動型驅動器 172

習題176



習題參考答案177



附錄 200



參考文獻210

原著第2版前言

本書自第1版發行以來，有幸獲得大家的認同而多次重印，並得到這次修訂的機會。

當今社會，自動控制已經成為工廠中的機械設備和裝置、飛機、火箭等必不可少的功能，即使是對在日常生活中不可或缺的家用電器和汽車等而言也是如此。人們對控制的認識也已經從原來的“有這一功能更好”轉變為“就應該具備這一功能”。甚至可以認為我們所能見到的機械或器具已經離不開控制的應用。一般來說，我們由這些裝置的控制狀況會聯想到計算機控制，但是在機械或者電氣等工程領域中，控制是指對位移、速度、電壓、電流、溫度以及壓力等“物理量”進行控制的一種方法。在這類控制中也采用和普及微機等計算機，但需要注意的是自動控制理論構成了控制的基石。然而由於控制理論嚴重依賴於數學，所以往往給初始學習控制的人帶來困惑。

因此，本書所涉及的範圍是機械工程控制的基礎內容，而且盡可能簡單易懂地闡述，並精心配置插圖進行解釋說明。

在此修訂之際，筆者參考了讀者以前反饋的寶貴意見和指導，重新探討了表達方式和內容。此外，在各章的內容之後都布置了練習題，希望讀者通過自己努力地解答練習題，確認對本章內容的理解程度。期望讀者通過對本書的學習，能對機械控制工程產生興趣。

後，本書此次修訂，筆者得到了恪盡職守的歐姆出版社及同公司書籍編輯部的各位的莫大支持，在此由衷地向他們表示感謝。



作者

2018 年7 月









原著第1版前言

通常，機械是由眾多的零部件組合而成，為了將外部提供的動力有效地轉換為功，各構件之間進行著相對而且固定的運動。

為了提高機械運動的精確程度並切實將動力有效地轉換為功，需要進行機械控制。另外，用於制造機械裝置的機床或設備等也需要利用控制技術。控制是指“為達到某種目的，對控制對像施加所需的操縱”，能夠自動完成這一操縱的就是自動控制。控制這一概念歷史悠久，如水前就已被單純地應用在流量控制中，但是直到18世紀中葉，得益於英國工業革命的發生，自動控制技術纔取得迅速的發展。甚至可以說，詹姆斯·瓦特發明的用於保持蒸汽機轉速的離心調速器是控制技術的起點。現如今，控制技術已從簡單的控制方式發展到精度更高的控制方式，從機械式控制向電子式控制、計算機控制以及微機控制發展。

本書的第1章，介紹了應用在機械工程領域的自動控制的類型和基本概況。從第2章開始，為了理解機械工程控制中常用的反饋控制，解釋說明了拉普拉斯變換、拉普拉斯變換表的使用方法、典型環節傳遞函數的分析方法、采用圖解方法分析控制繫統的結構框圖、瞬態響應以及頻率響應等，進而闡述了在實際反饋控制繫統中不可或缺的PID控制方法、控制繫統中必不可少的傳感器和驅動器的基礎知識等。

在學習機械工程控制理論的基本知識方面，三角函數和拉普拉斯變換等是非常方便的工具，也是一定會用到的。所以，本書按照具有高中畢業程度數學知識的人也能夠讀懂的原則進行編寫，並使用插圖進行解釋說明。希望本書的讀者至少能夠對機械控制技術產生興趣。

後，在本書的出版過程中，筆者得到了歐姆出版社的各位的幫助，在此由衷地向他們表示感謝。



作者

2006 年8 月