《机电控制系统设计与应用》是在“机电一体化”类课程基础上介绍了面向控制设计需求的机电系统动力学相关的理论和方法，旨在提升学习者运用控制系统进行性能设计的能力。主要内容包括：机电系统总体设计方法、机电系统动力学建模方法、传动与执行器动力学模型、典型机电非线性因素、负载与电机特性分析与匹配、检测与驱动器的动力学模型、系统动力学特性辨识方法、计算机数字控制等。后通过一个案例综合应用了相关方法和技术，从控制系统设计应用的角度进行总结。
《机电控制系统设计与应用》可作为高等院校近机电类专业研究生教材，也可供机电控制类装备高级研发人员参考。
自动控制理论和微电子技术为传统机械产业带来了惊人效益，使产业结构、生产方式和管理体制等发生了深刻的变革。我国高校机械电子工程专业设置于20世纪80年代．90年代取得了迅猛发展，在机械电子工程专业中开设了传感技术、驱动技术、机电伺服技术、控制技术等课程，为经济体制转轨时代培养了大量的机电工程师，有力促进了我国工业自动化水平，迅速缩小了与发达国家的巨大差距。
十八大以来，党和国家把科技创新摆在更加重要的位置，全面实施创新驱动发展战略。《中国制造2025》明确了智能制造这一主攻方向，为我国制造业发展和产业升级指明了道路和方向，也对高等院校机电系统人才培养提出了更高层次的要求。目前国内高校面向研究生开设的机电系统设计方面课程的教材不多，部分教材更是偏重于某些应用领域，如超精密加工、微机电系统等，难以满足原创性、高性能的机电系统综合人才培养需求。
我校机械电子工程学科研究生阶段课程，在本科“机电结合、以机为主”系统功能设计能力培养基础上，定位为“机电耦合、数字设计”。经过“十二五”的课程内容改革与实践，课程构建了全机电系统数学建模与数字控制技术的课程体系，使学生形成通过数字样机设计和评估机电系统性能的能力。本教材共9章。绪论着重描述系统的内涵、构成和设计路线；第2章是机电系统动力学建模的基础知识，基本涵盖了常规建模所需要的基本理论和方法；第3-5章分别描述了常见机械部件、传感部件和致动器的动力学表达；第6章描述了常见机电系统的非线性因素及克服方法；第7章是实验建模的基本方法：第8章是机电数字控制的连续设计方法；第9章是以导引头位标器为对象的设计案例。
在本书编写过程中，参考、借鉴了国内外相关领域专家和学者出版的著作和发表的文献，在此深表谢意！
本书可作为高校机械电子工程专业研究生用书，也可供相关领域工程技术人员参考。
由于作者水平有限，书中不妥之处，恳请读者批评指正。
第1章 绪论
1．1 机械电子工程的发展与概念
1．1．1 机械电子工程的发展
1．1．2 机械电子工程的定义
1．2 系统关键技术
1．2．1 信息系统
1．2．2 机械系统
1．2．3 电子系统
1．2．4 传感器与致动器
1．2．5 实时接口
1．3 机电系统设计方法
1．3．1 机电系统设计流程
1．3．2 机电系统集成方式
1．4 本书重点与内容组织习题与思考题
第2章 机电动力学理论基础
2．1 力学理论基础
2．1．1 动力学普遍定理
2．1．2 欧拉动力学方程
2．1．3 达朗贝尔原理
2．1．4 拉格朗日方程
2．2 电路分析理论基础
2．2．1 基尔霍夫电流定律
2．2．2 基尔霍夫电压定律
2．3 电磁场理论基础
2．3．1 安培环路定理
2．3．2 安培力定律
2．3．3 电磁感应定律
2．4 机电能量转换基础
2．4．1 机电能量转换的能量关系
2．4．2 单边激励机电装置的能量转换
2．4．3 双边激励机电装置的能量转换
2．4．4 机电能量转换的条件
2．4．5 产生恒定电磁转矩的条件
2．4．6 旋转电动机的电磁转矩习题与思考题
第3章 机械动力学
3．1 杆件
3．2 弹簧
3．3 阻尼
3．3．1 带有干摩擦和黏滞摩擦的阻尼
3．3．2 弹簧阻尼系统
3．4 轴承
3．4．1 滑动轴承
3．4．2 滚动轴承
3．5 典型机械系统
3．5．1 单质量弹簧阻尼振荡系统
3．5．2 考虑齿轮和弹簧的两质量振荡系统
3．5．3 带传动系统动力学
3．5．4 带有摩擦的机械系统
3．5．5 带有空回的机械系统习题与思考题
第4章 机电系统传感器特性
4．1 典型位置检测元件的特性与模型
4．1．1 光电编码器
4．1．2 旋转变压器
4．1．3 电位计
4．2 典型速度检测元件的特性与模型
4．2．1 直流测速发电机
4．2．2 编码器式测速传感器
4．3 典型惯性测量元件的特性与模型
4．3．1 加速度计
4．3．2 陀螺仪
4．4 典型力及力矩测量元件的特性与模型
4．4．1 测力传感器
4．4．2 转矩测量习题与思考题
第5章 致动器动力学特性
5．1 步进电动机
5．1．1 基本转矩计算
5．1．2 电动机动态数学模型
5．2 直流电动机
5．3 交流电动机
5．3．1 三相异步电动机的多变量非线性数学模型
5．3．2 三相异步电动机在两相静止坐标系上的数学模型习题与思考题
第6章 机电系统非线性动力学特征
6．1 传动链典型非线性因素
6．2 饱和特性及其动力学模型
6．3 死区特性及其动力学模型
6．4 间隙特性及其动力学模型
6．4．1 间隙特性建模
6．4．2 齿隙的物理模型及非线性特性
6．4．3 齿隙非线性建模及数学表达式
6．4．4 齿隙特性的描述函数分析
6．4．5 间隙对控制系统性能的影响
6．5 摩擦特性及其动力学模型
6．5．1 摩擦的特征
6．5．2 摩擦模型的发展
6．5．3 静摩擦对系统的影响
6．6 结构弹性变形及阻尼的影响
6．6．1 问题的引出
6．6．2 降低机械谐振影响的措施
6．7 消除非线性因素的常用方法
6．7．1 利用局部反馈削弱非线性因素
6．7．2 振荡线性化习题与思考题
第7章 动态系统实验建模
7．1 模型辨识的基本思想
7．1．1 模型辨识的发展和现状
7．1．2 经典模型辨识的基本思想
7．2 实域非参数模型的辨识阶跃响应法
7．2．2 脉冲响应法
7．2．3 相关函数法
7．3 频域非参数模型的辨识
7．3．1 频率响应法
7．3．2 传递函数拟合习题与思考题
第8章 机电控制技术
8．1 控制系统性能指标
8．1．1 时域性能指标
8．1．2 频域性能指标
8．2 一般机电控制系统框架
8．3 数字PID控制器设计
8．3．1 基本形式与算法
8．3．2 PID改进算法
8．4 连续控制器的离散化方法
8．4．1 脉冲响应不变法（z变换法）
8．4．2 阶跃响应不变法
8．4．3 前向差分法
8．4．4 后向差分法
8．4．5 双线性变换法
8．4．6 预修正双线性变换法
8．4．7 零极点匹配法
8．4．8 各种离散化方法比较习题与思考题
第9章 案例分析
9．1 稳定平台的建模分析
9．1．1 三轴稳定平台的几个概念
9．1．2 坐标系定义
9．1．3 坐标变换
9．1．4 运动学关系
9．1．5 动力学模型
9．1．6 动力学模型的简化
9．1．7 机电模型
9．1．8 三轴模型仿真实例
9．2 稳定平台控制系统的设计指标
9．2．1 设计指标
9．2．2 隔离度定义与特性
9．2．3 稳定平台输出与制导系统的关系
9．3 三轴稳定平台的经典PID控制
9．3．1 控制机理与控制系统基本结构
9．3．2 各轴负载及电动机伺服控制回路模型
9．3．3 三轴平台的经典PID控制
参考文献
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