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机械工程控制基础(第六版)(杨叔子)本书的第一、二、三版曾荣获国家级优秀教学成果二等奖和全国高等学校机电类专业优秀教材一等奖；第四版被列入国家面向21世纪课程教材和国家“九五”重点教材；第五版被定为“普通高等学校‘十五’国家级规划教材”，以此教材为重要支撑的课程被评为国家级精品课程；本版被定为“普通高等学校‘十一五’国家级规划教材”。
本书内容包括机械工程控制的基本概念、系统的数学模型、时间响应分析、频率特性分析、系统的稳定性、系统的性能指标与校正、非线性系统、线性离散系统及系统辨识等。
除第1章外，各章均有利用MATLAB解题的示例。
为使读者对系统设计有一个完整的了解，本书连续地、系统地、循序渐进地结合各章的内容介绍数控直线运动工作台的设计示例。
本书力求在讲清机械工程控制的基本概念的前提下，更多地结合机械工程实际，为帮助读者领悟与学会应用控制理论来解决机械工程的实际问题奠定必要的基础。
本书可供机械工程类专业，特别是机械设计制造及其自动化专业的本科、成教、函授、夜大学生作为教材，也可供有关教师、研究生与工程技术人员参考。
与本书配套出版的《机械工程控制基础学习辅导与解题指南》(修订本)总结了学习本书的基本要求、重点与难点，扩充了例题，并对本书中的所有习题进行了解答，可作为教师的教学参考书，也可作为学生的学习辅导书。
本书附有一张光盘，其内容包括本课程教学大纲、电子教案、自测练习题、仿真实验，以及在MATLAB环境下运行的解题示例等其他资料，供读者参考。
目录总序第六版前言第一至五版前言主要符号说明第1章绪论1．1 机械工程控制论的研究对象与任务1．2 系统及其模型1．3 反馈1．4 系统的分类及对控制系统的基本要求1．5 机械制造的发展与控制理论的应用1．6 控制理论发展的简单回顾1．7 设计示例：数控直线运动工作台位置控制系统1．8 本课程的特点与学习方法习题第2章系统的数学模型2．1 系统的微分方程2．2 系统的传递函数2．3 系统的传递函数方框图及其简化2．4 考虑扰动的反馈控制系统的传递函数2．5 相似原理2．6 系统的状态空间模型2．7 数学模型的MATLAB描述2．8 设计示例：数控直线运动工作台位置控制系统习题第3章系统的时间响应分析3．1 时间响应及其组成3．2 典型输入信号3．3 一阶秦缔3．4 二阶系统3．5 高阶系统3．6 系统误差分析与计算3．7 艿函数在时间响应中的作用3．8 利用MATLAB分析时间响应3．9 设计示例：数控直线运动工作台位置控制系统习题第4章系统的频率特性分析4．1 频率特性概述4．2 频率特性的图示方法4．3 频率特性的特征量4．4 最小相位系统与非最小相位系统4．5 利用MATLAB分析频率特性4．6 设计示例：数控直线运动工作台位置控制系统习题第5章系统的稳定性5．1 系统稳定性的初步概念5．2 Routh稳定判据5．3 Nyquist稳定判据5．4 Bode稳定判据5．5 系统的相对稳定性5．6 利用MATLAB分析系统的稳定性5．7 设计示例：数控直线运动工作台位置控制系统习题第6章系统的性能指标与校正6．1 系统的性能指标6．2 系统的校正6．3 串联校正6．4 PID校正6．5 反馈校正6．6 顺馈校正6．7 利用MATLAB设计系统校正6．8 设计示例：数控直线运动工作台位置控制系统 6．9 关于系统校正的一点讨论习题第7章非线性系统初步第8章线性离散系统初步第9章系统辨识初步参考文献。
《机械设计基础》知识要点第一章 平面机构的自由度和速度分析1、自由度：构件相对于参考系的独立运动称为自由度。
2、运动副：两构件直接接触并能产生一定相对运动的连接称为运动副。
构件组成运动副后，其运动受到约束，自由度减少。
3、运动副按接触性质分：低副和高副。
⑴低副：两构件通过面接触组成的运动副称为低副。
①转动副：组成运动副的两构件只能在平面内相对转动，这种运动副称为转动副，或称铰链。
②移动副：组成运动副的两构件只能沿某一轴线相对移动，这种运动副称为移动副。
⑵高副：两构件通过点或线接触组成的运动副称为高副。
4、机构中构件的分类：⑴固定构件（机架）——用来支承活动构件（运动构件）的构件。
⑵原动件（主动件）——运动规律已知的活动构件。
⑶从动件 ——机构中随原动件运动而运动的其余活动构件。
5、平面自由度计算公式—— F=3n-2P L -P H 6、机构具有确定运动的条件机构自由度F >0，且F 等于原动件数 7、自由度计算注意事项⑴复合铰链——两个以上构件同时在一处用转动副相连接。
K 个构件汇交而成的复合铰链具有（K-1）个转动副。
⑵局部自由度——与输出构件运动无关的自由度。
⑶虚约束——重复而对机构不起限制作用的约束。
8、速度瞬心——两刚体上绝对速度相同的重合点 瞬心数—— 2)1(-=K K N 9、三心定理——作相对平面运动的三个构件共有三个瞬心，这三个瞬心位于同一直线上。
第二章 平面连杆机构1、定义：平面连杆机构是由若干构件用低副（转动副、移动副）连接组成的平面机构。
铰链四杆机构的三种基本型式：曲柄摇杆机构；双曲柄机构；双摇杆机构3、铰链四杆机构有整转副的条件①最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和 ②整转副是由最短杆与其邻边组成的选择哪一个杆为机架判断是否存在曲柄：①取最短杆为机架时，机架上由两个整转副，故得双曲柄机构；②取最短杆的邻边为机架时，机架上只有一个整转副，故得曲柄摇杆机构； ③取最短杆的对边为机架时，机架上没有整转副故得双摇杆机构 4、* 急回特性行程速度变化系数K 、极位夹角θ，θ越大，K 越大，急回运动的性质也越显著。
机械工程控制基础（第六版）公式
1.典型时间函数的拉氏变换以及拉氏变换的性质
22222
1
111[1];[()]1;[];[]![sin ];[cos ];[]at n
n L L t L t L e S S S a
w S n L wt L wt L t S w S W S δ+=
===-===++
①延迟性质：[()].()as L f t a e F S --= ②复数域的位移性质：[()]()at L e f t F S a -=+ ③相似定理：1[()]()S
L f at F a a
=
④微分性质：()12'(1)[()][](0)(0)(0)n n n n n L f t S F S S f S f f -+-+-+=---- 当初始条件为零时：()[()][]n n L f t S F S = ⑤积分性质：(1)()1[()](0)F S L f t dt f S S -+=
+⎰
初始条件为零时：()
[()]F S L f t dt S
=⎰ ⑥初值定理：0
(0)lim ()lim ()s t f f t SF S +
+
→+∞
→==;⑦终值定理：0
lim ()lim ()t s f t SF S →+∞
→= 2.传递函数的典型环节及公式 ①比例环节K ；②积分环节
1S
；③微分环节S ；④惯性环节11TS +；⑤一阶微分环节1TS +
⑥振荡环节
22
121
T S TS ζ++；⑦二阶微分环节2221T S TS ζ++；⑧延时环节S
e τ- ⑨开环传递函数()()H S G S ； 其中G(S)为向前通道传递函数，()H S 为反馈传递函数
闭环传递函数()
()1()()
G S G S H S G S =
+闭
⑩梅逊公式n n
n
t T ∑∆=
∆
； 1231i j k i
j
k
L L L ∆=-∑+∑-∑+
其中：T ——总传递函数 n t ——第n 条前向通路得传递函数； ∆——信号流图的特征式 3.系统的瞬态响应及误差分析 ①一阶系统传递函数的标准式()1
K
G S TS =
+， K 一般取1 ②二阶系统传递函数的标准式222
1
().2n n n w G S k S w S w ζ=++; K 一般取1
③2
1d n w w ζ=-；其中ζ为阻尼比，n w 为无阻尼自然频率，d w 为阻尼自然频率
④上升时间r d
t w πβ
-=
; 其中2
1arctan
ζβζ
-=，2
1d n w w ζ=-
⑤峰值时间p d
t w π
=
；⑥超调量2
1p M e
ζπζ-
-=；⑦调整时间3
,54,2n
s n
w t w δζδζ⎧=⎪⎪=⎨⎪=⎪⎩
⑧稳态误差0
0.()
lim ()lim ()lim
1()()
ss t S S S R S e e t SE S H S G S →+∞
→→===+
其中()R S 为输入，()()H S G S 为开环传递函数 4.系统的频率特性
①输入为()sin r t A wt =，输出为()()sin()c t A G jw wt ϕ=+闭 ⑪伯德图的绘制
②比例环节K ；l L(w)=20gK(dB)，()0w οϕ= ③积分环节
1
jw
；l L(w)=-20gw(dB)，()90w οϕ=- ④微分环节jw ；l L(w)=20gw(dB)，()90w οϕ= ⑤一阶惯性环节
1
1jwT
+；l 22L(w)=-20g 1+w T (dB)，()arctan w wT ϕ=-
⑥一阶微分环节1jwT +；l 22L(w)=20g 1+w T (dB)，()arctan w wT ϕ= （2）乃奎斯特图 ①振荡环节
2
1
12()
n n
jw jw w w ζ++ ；
2222()(1)(2)n n w w G jw w w ζ=-+，2
2
2()arctan 1n
n
w w G jw w w ζ
∠=-
（3）频域性能指标 ①谐振峰值2
121r M ζζ=
-；②谐振频率2
12r n w w ζ=-
③截止频率2241
12244T b n
w T w w ζζζ⎧=⎪⎨⎪-+-+⎩ ；一阶
；二阶
4.系统的相对稳定性 ①相位裕量γϕ︒+＝180
②幅值裕量1()()120lg ()()()g g g g g G jw H jw K dB G jw H jw ⎧
⎪⎪
=⎨⎪⎪⎩
；乃奎斯特图上
；伯德图上
5.PID 校正（比例、积分、微分） I c P D K
(S)=K ++K S S
G。
