本書是機械設(shè)計制造及其自動化、機器人工程和智能制造工程專業(yè)教材。全書共分為12 章：第1 章自動控制系統(tǒng)基本概念，第2 章數(shù)學(xué)建模，第3 章時域分析，第4 章頻域分析，第5 章穩(wěn)定性分析及穩(wěn)態(tài)誤差，第6 章測試技術(shù)概述，第7 章信號分類及其描述，第8 章測試系統(tǒng)的特性，第9 章常用傳感器，第10 章信號調(diào)理與處理，第11 章信號數(shù)字化處理，第12 章綜合實例分析。每章后附有習(xí)題。每章根據(jù)內(nèi)容融入思政小課堂的環(huán)節(jié)，強化應(yīng)用創(chuàng)新能力，關(guān)注教學(xué)創(chuàng)新。本書將“控制工程基礎(chǔ)”和“機械工程測試技術(shù)”兩門課程的內(nèi)容相結(jié)合，淡化經(jīng)典測控技術(shù)與現(xiàn)代測控技術(shù)的界限，重點闡述機械工程共性問題，配合啟發(fā)式和案例式的教學(xué)方式，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實踐及創(chuàng)新的能力。本書主要突出方法論，重視測控技術(shù)在濾波器設(shè)計、頻譜分析和信號數(shù)據(jù)處理等實際工程中的應(yīng)用。
目 錄
上 篇
第1章 自動控制系統(tǒng)基本概念 1
1.1 自動控制理論簡述 1
1.2 自動控制基本概念 1
1.2.1 自動控制系統(tǒng)工作原理 2
1.2.2 自動控制系統(tǒng)舉例 4
1.3 自動控制系統(tǒng)的組成 7
1.4 控制系統(tǒng)的基本控制方式 8
1.4.1 開環(huán)控制方式 8
1.4.2 閉環(huán)控制方式 8
1.4.3 復(fù)合控制方式 9
1.4.4 開環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)的比較 10
1.5 自動控制系統(tǒng)的分類 10
1.6 對控制系統(tǒng)的基本要求 12
1.7 控制理論的發(fā)展 12
習(xí)題 14
第2章 數(shù)學(xué)建模 17
2.1 微分方程的建立 17
2.1.1 機械系統(tǒng)舉例 17
2.1.2 電氣系統(tǒng)舉例 19
2.2 拉普拉斯變換 20
2.2.1 拉普拉斯變換的定義 20
2.2.2 典型函數(shù)的拉氏變換 21
2.2.3 拉氏變換的主要定理 24
2.3 拉氏反變換 26
2.3.1 部分分式展開法 27
2.3.2 應(yīng)用拉氏變換解線性微分方程 30
2.4 傅里葉變換 31
2.5 傳遞函數(shù) 33
2.5.1 傳遞函數(shù)的定義及一般表達(dá)式 33
2.5.2 傳遞函數(shù)的性質(zhì) 34
2.6 系統(tǒng)方框圖 35
2.6.1 系統(tǒng)方框圖的基本概念 35
2.6.2 繪制系統(tǒng)方框圖 36
2.6.3 系統(tǒng)方框圖的等效變換 39
2.7 控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù) 43
2.7.1 閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù) 44
2.7.2 系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù) 44
2.7.3 系統(tǒng)的總輸出 45
習(xí)題 46
第3章 時域分析 51
3.1 線性系統(tǒng)及其主要性質(zhì) 51
3.1.1 線性系統(tǒng)的定義 51
3.1.2 線性系統(tǒng)的主要性質(zhì) 51
3.1.3 典型輸入信號 52
3.2 一階系統(tǒng)的時間響應(yīng) 53
3.2.1 一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng) 53
3.2.2 一階系統(tǒng)的單位速度響應(yīng) 55
3.2.3 一階系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng) 55
3.2.4 線性定常系統(tǒng)時間響應(yīng)的性質(zhì) 56
3.3 二階系統(tǒng)的時間響應(yīng) 56
3.3.1 二階系統(tǒng)幾種不同的狀態(tài) 57
3.3.2 二階系統(tǒng)在單位階躍信號作用下的響應(yīng)特點 58
3.3.3 二階系統(tǒng)在單位脈沖信號作用下的響應(yīng)特點 61
3.3.4 二階系統(tǒng)在單位速度信號作用下的響應(yīng)特點 62
3.4 二階系統(tǒng)的時間響應(yīng)性能指標(biāo) 63
3.4.1 評價系統(tǒng)快速性的性能指標(biāo) 63
3.4.2 評價系統(tǒng)平穩(wěn)性的性能指標(biāo) 66
3.5 高階系統(tǒng)的時間響應(yīng) 69
3.5.1 高階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng) 69
3.5.2 系統(tǒng)零、極點分布對時域響應(yīng)的影響 70
習(xí)題 71
第4章 頻域分析 75
4.1 頻率響應(yīng)函數(shù) 75
4.1.1 線性系統(tǒng)的正弦穩(wěn)態(tài)響應(yīng)和頻率特性 75
4.1.2 頻率特性與傳遞函數(shù)的關(guān)系 76
4.1.3 頻率特性的表示方式 77
4.2 典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)和頻率特性 81
4.2.1 典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù) 81
4.2.2 典型環(huán)節(jié)的頻率特性 86
4.3 系統(tǒng)開環(huán)頻率特性 98
4.3.1 開環(huán)對數(shù)頻率特性 99
4.3.2 開環(huán)幅相圖 103
4.3.3 最小相位系統(tǒng)和非最小相位系統(tǒng) 106
習(xí)題 108
第5章 穩(wěn)定性分析及穩(wěn)態(tài)誤差 110
5.1 穩(wěn)定性概念 110
5.2 時域中的穩(wěn)定性條件 111
5.3 勞斯判據(jù) 113
5.4 奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù) 117
5.4.1 開環(huán)極點與閉環(huán)極點 118
5.4.2 幅角原理和奈奎斯特判據(jù) 119
5.4.3 奈奎斯特判據(jù)應(yīng)用于Ⅰ型系統(tǒng)和Ⅱ型系統(tǒng) 122
5.4.4 相對穩(wěn)定性和穩(wěn)定裕量 126
5.5 穩(wěn)態(tài)誤差 130
5.5.1 控制系統(tǒng)的誤差 130
5.5.2 輸入作用下的穩(wěn)態(tài)誤差 132
5.5.3 靜態(tài)誤差系數(shù) 137
習(xí)題 140
中 篇
第6章 測試技術(shù)概述 144
6.1 測試的基本概念 144
6.2 測試技術(shù)的任務(wù) 144
6.3 測試技術(shù)的主要內(nèi)容 145
6.4 測試系統(tǒng)的組成 145
6.5 測試技術(shù)的發(fā)展 146
第7章 信號分類及其描述 148
7.1 信號的分類與描述方法 148
7.1.1 信號的分類 148
7.1.2 信號的描述方法 153
7.2 周期信號的頻域描述 153
7.2.1 周期信號的三角函數(shù)展開式 153
7.2.2 周期信號的復(fù)指數(shù)展開式 156
7.3 非周期信號的頻域描述 158
7.3.1 傅里葉變換與瞬變信號的頻譜 159
7.3.2 傅里葉變換的主要性質(zhì) 161
7.4 幾種典型信號的頻譜 164
7.4.1 單位脈沖函數(shù)（? 函數(shù)）的頻譜 164
7.4.2 矩形窗函數(shù)和常值函數(shù)的頻譜 167
7.4.3 單邊指數(shù)函數(shù)的頻譜 167
7.4.4 正弦、余弦函數(shù)的頻譜 168
7.4.5 周期單位脈沖序列函數(shù)的頻譜 168
習(xí)題 169
第8章 測試系統(tǒng)的特性 172
8.1 對測試系統(tǒng)的基本要求 172
8.2 測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性 173
8.2.1 非線性度 173
8.2.2 靈敏度 174
8.2.3 分辨力 174
8.2.4 回程誤差 175
8.2.5 漂移 175
8.3 測試系統(tǒng)的動態(tài)特性 176
8.3.1 傳遞函數(shù) 176
8.3.2 頻率響應(yīng)函數(shù) 176
8.3.3 脈沖響應(yīng)函數(shù) 179
8.4 環(huán)節(jié)的串聯(lián)和并聯(lián) 179
8.5 一階和二階系統(tǒng)的動態(tài)特性 180
8.5.1 一階系統(tǒng)的動態(tài)特性 180
8.5.2 二階系統(tǒng)的動態(tài)特性 183
8.6 測試系統(tǒng)在典型輸入下的響應(yīng) 186
8.6.1 測試系統(tǒng)在單位階躍信號輸入下的響應(yīng) 187
8.6.2 測試系統(tǒng)在單位正弦信號輸入下的響應(yīng) 188
8.7 實現(xiàn)不失真測試的條件 188
8.8 測試系統(tǒng)特性參數(shù)的測定 190
8.8.1 測試系統(tǒng)靜態(tài)特性參數(shù)的測定 190
8.8.2 測試系統(tǒng)動態(tài)特性參數(shù)的測定 192
習(xí)題 194
第9章 常用傳感器 196
9.1 傳感器概述 196
9.1.1 傳感器的定義與組成 196
9.1.2 傳感器的分類 196
9.1.3 傳感器的發(fā)展趨勢 198
9.2 電阻式傳感器 199
9.2.1 電位器式傳感器 199
9.2.2 電阻應(yīng)變式傳感器 201
9.2.3 壓阻式傳感器 204
9.3 電感式傳感器 205
9.3.1 自感式傳感器 205
9.3.2 差動變壓器 208
9.3.3 電渦流傳感器 210
9.4 電容式傳感器 212
9.4.1 電容式傳感器的工作原理及分類 212
9.4.2 電容式傳感器的特點 214
9.4.3 電容式傳感器的應(yīng)用舉例 216
9.5 壓電式傳感器 217
9.5.1 壓電效應(yīng)與壓電材料 217
9.5.2 壓電式傳感器及其等效電路 218
9.5.3 壓電元件常用的結(jié)構(gòu)形式 219
9.5.4 壓電式傳感器的特點及應(yīng)用 220
9.6 磁電式傳感器 220
9.6.1 磁電感應(yīng)傳感器 220
9.6.2 霍爾式傳感器 222
9.7 光電式傳感器 223
9.7.1 光電效應(yīng)及光電器件 223
9.7.2 光電式傳感器的應(yīng)用 225
9.8 傳感器的選用 227
9.8.1 傳感器的主要技術(shù)指標(biāo) 227
9.8.2 傳感器的選用原則 228
習(xí)題 229
第10章 信號調(diào)理與處理 231
10.1 電橋 231
10.1.1 直流電橋 231
10.1.2 交流電橋 234
10.2 調(diào)制與解調(diào) 235
10.2.1 幅值調(diào)制 236
10.2.2 幅值調(diào)制信號的解調(diào) 238
10.2.3 調(diào)制與解調(diào)的應(yīng)用 242
10.3 濾波器 243
10.3.1 濾波器的分類 243
10.3.2 理想濾波器的頻率特性 244
10.3.3 實際濾波器及其參數(shù) 245
10.3.4 RC濾波器 247
習(xí)題 250
第11章 信號數(shù)字化處理 253
11.1 信號數(shù)字化處理基本步驟 253
11.2 信號數(shù)字化過程中出現(xiàn)的問題 254
11.2.1 時域采樣、混疊和采樣定理 254
11.2.2 量化和量化誤差 256
11.2.3 截斷、泄漏和窗函數(shù) 256
11.3 相關(guān)分析及應(yīng)用 258
11.3.1 相關(guān)系數(shù) 258
11.3.2 自相關(guān)分析 259
11.3.3 互相關(guān)分析 264
習(xí)題 270
下 篇
第12章 綜合實例分析 272
12.1 機電系統(tǒng)簡述 272
12.2 檢測技術(shù)分析實例 272
12.2.1 信號仿真、采集與分析處理 272
12.2.2 對基于計算機的聲信號的采集與分析 273
12.2.3 機械運行數(shù)據(jù)分析與處理 273
12.3 控制技術(shù)分析實例 273
12.3.1 帶鋼卷取跑偏電液伺服控制系統(tǒng) 274
12.3.2 電壓-轉(zhuǎn)角機電伺服控制系統(tǒng) 281
12.4 智能檢測與控制技術(shù) 287
12.4.1 低通濾波器的設(shè)計 287
12.4.2 頻譜分析 288
12.4.3 股票預(yù)測 292
12.4.4 減震器設(shè)計 295
參考文獻(xiàn) 303
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