本書是機械設計制造及其自動化、機器人工程和智能制造工程專業教材。全書共分為12 章：第1 章自動控制系統基本概念，第2 章數學建模，第3 章時域分析，第4 章頻域分析，第5 章穩定性分析及穩態誤差，第6 章測試技術概述，第7 章信號分類及其描述，第8 章測試系統的特性，第9 章常用傳感器，第10 章信號調理與處理，第11 章信號數字化處理，第12 章綜合實例分析。每章后附有習題。每章根據內容融入思政小課堂的環節，強化應用創新能力，關注教學創新。本書將“控制工程基礎”和“機械工程測試技術”兩門課程的內容相結合，淡化經典測控技術與現代測控技術的界限，重點闡述機械工程共性問題，配合啟發式和案例式的教學方式，培養學生理論聯系實踐及創新的能力。本書主要突出方法論，重視測控技術在濾波器設計、頻譜分析和信號數據處理等實際工程中的應用。
目 錄
上 篇
第1章 自動控制系統基本概念 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 自動控制系統工作原理 2
1.2.2 自動控制系統舉例 4
1.3 自動控制系統的組成 7
1.4 控制系統的基本控制方式 8
1.4.1 開環控制方式 8
1.4.2 閉環控制方式 8
1.4.3 復合控制方式 9
1.4.4 開環控制系統與閉環控制系統的比較 10
1.5 自動控制系統的分類 10
1.6 對控制系統的基本要求 12
1.7 控制理論的發展 12
習題 14
第2章 數學建模 17
2.1 微分方程的建立 17
2.1.1 機械系統舉例 17
2.1.2 電氣系統舉例 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 33
2.5.1 傳遞函數的定義及一般表達式 33
2.5.2 傳遞函數的性質 34
2.6 系統方框圖 35
2.6.1 系統方框圖的基本概念 35
2.6.2 繪制系統方框圖 36
2.6.3 系統方框圖的等效變換 39
2.7 控制系統的傳遞函數 43
2.7.1 閉環系統的開環傳遞函數 44
2.7.2 系統的閉環傳遞函數 44
2.7.3 系統的總輸出 45
習題 46
第3章 時域分析 51
3.1 線性系統及其主要性質 51
3.1.1 線性系統的定義 51
3.1.2 線性系統的主要性質 51
3.1.3 典型輸入信號 52
3.2 一階系統的時間響應 53
3.2.1 一階系統的單位階躍響應 53
3.2.2 一階系統的單位速度響應 55
3.2.3 一階系統的單位脈沖響應 55
3.2.4 線性定常系統時間響應的性質 56
3.3 二階系統的時間響應 56
3.3.1 二階系統幾種不同的狀態 57
3.3.2 二階系統在單位階躍信號作用下的響應特點 58
3.3.3 二階系統在單位脈沖信號作用下的響應特點 61
3.3.4 二階系統在單位速度信號作用下的響應特點 62
3.4 二階系統的時間響應性能指標 63
3.4.1 評價系統快速性的性能指標 63
3.4.2 評價系統平穩性的性能指標 66
3.5 高階系統的時間響應 69
3.5.1 高階系統的單位階躍響應 69
3.5.2 系統零、極點分布對時域響應的影響 70
習題 71
第4章 頻域分析 75
4.1 頻率響應函數 75
4.1.1 線性系統的正弦穩態響應和頻率特性 75
4.1.2 頻率特性與傳遞函數的關系 76
4.1.3 頻率特性的表示方式 77
4.2 典型環節的傳遞函數和頻率特性 81
4.2.1 典型環節的傳遞函數 81
4.2.2 典型環節的頻率特性 86
4.3 系統開環頻率特性 98
4.3.1 開環對數頻率特性 99
4.3.2 開環幅相圖 103
4.3.3 最小相位系統和非最小相位系統 106
習題 108
第5章 穩定性分析及穩態誤差 110
5.1 穩定性概念 110
5.2 時域中的穩定性條件 111
5.3 勞斯判據 113
5.4 奈奎斯特穩定判據 117
5.4.1 開環極點與閉環極點 118
5.4.2 幅角原理和奈奎斯特判據 119
5.4.3 奈奎斯特判據應用于Ⅰ型系統和Ⅱ型系統 122
5.4.4 相對穩定性和穩定裕量 126
5.5 穩態誤差 130
5.5.1 控制系統的誤差 130
5.5.2 輸入作用下的穩態誤差 132
5.5.3 靜態誤差系數 137
習題 140
中 篇
第6章 測試技術概述 144
6.1 測試的基本概念 144
6.2 測試技術的任務 144
6.3 測試技術的主要內容 145
6.4 測試系統的組成 145
6.5 測試技術的發展 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展開式 153
7.2.2 周期信號的復指數展開式 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 161
7.4 幾種典型信號的頻譜 164
7.4.1 單位脈沖函數（? 函數）的頻譜 164
7.4.2 矩形窗函數和常值函數的頻譜 167
7.4.3 單邊指數函數的頻譜 167
7.4.4 正弦、余弦函數的頻譜 168
7.4.5 周期單位脈沖序列函數的頻譜 168
習題 169
第8章 測試系統的特性 172
8.1 對測試系統的基本要求 172
8.2 測試系統的靜態特性 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 測試系統的動態特性 176
8.3.1 傳遞函數 176
8.3.2 頻率響應函數 176
8.3.3 脈沖響應函數 179
8.4 環節的串聯和并聯 179
8.5 一階和二階系統的動態特性 180
8.5.1 一階系統的動態特性 180
8.5.2 二階系統的動態特性 183
8.6 測試系統在典型輸入下的響應 186
8.6.1 測試系統在單位階躍信號輸入下的響應 187
8.6.2 測試系統在單位正弦信號輸入下的響應 188
8.7 實現不失真測試的條件 188
8.8 測試系統特性參數的測定 190
8.8.1 測試系統靜態特性參數的測定 190
8.8.2 測試系統動態特性參數的測定 192
習題 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 電容式傳感器的應用舉例 216
9.5 壓電式傳感器 217
9.5.1 壓電效應與壓電材料 217
9.5.2 壓電式傳感器及其等效電路 218
9.5.3 壓電元件常用的結構形式 219
9.5.4 壓電式傳感器的特點及應用 220
9.6 磁電式傳感器 220
9.6.1 磁電感應傳感器 220
9.6.2 霍爾式傳感器 222
9.7 光電式傳感器 223
9.7.1 光電效應及光電器件 223
9.7.2 光電式傳感器的應用 225
9.8 傳感器的選用 227
9.8.1 傳感器的主要技術指標 227
9.8.2 傳感器的選用原則 228
習題 229
第10章 信號調理與處理 231
10.1 電橋 231
10.1.1 直流電橋 231
10.1.2 交流電橋 234
10.2 調制與解調 235
10.2.1 幅值調制 236
10.2.2 幅值調制信號的解調 238
10.2.3 調制與解調的應用 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 245
10.3.4 RC濾波器 247
習題 250
第11章 信號數字化處理 253
11.1 信號數字化處理基本步驟 253
11.2 信號數字化過程中出現的問題 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 256
11.3 相關分析及應用 258
11.3.1 相關系數 258
11.3.2 自相關分析 259
11.3.3 互相關分析 264
習題 270
下 篇
第12章 綜合實例分析 272
12.1 機電系統簡述 272
12.2 檢測技術分析實例 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 機械運行數據分析與處理 273
12.3 控制技術分析實例 273
12.3.1 帶鋼卷取跑偏電液伺服控制系統 274
12.3.2 電壓-轉角機電伺服控制系統 281
12.4 智能檢測與控制技術 287
12.4.1 低通濾波器的設計 287
12.4.2 頻譜分析 288
12.4.3 股票預測 292
12.4.4 減震器設計 295
參考文獻 303
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