教育部推荐教材 21世纪高职高专系列规划教材 自动控制原理与系统PDF电子书下载

上篇 自动控制原理 1

第1章 自动控制的一般概念 1

1.1 概述 1

1.2 自动控制与自动控制系统 3

1.2.1 自动控制系统的基本原理和基本概念 3

1.2.2 自动控制的基本方式 5

1.3 自动控制系统的分类 8

1.4 对控制系统的基本要求 9

1.5 本课程的基本任务 10

本章小结 11

习题与思考题 11

第2章 自动控制系统的数学模型 13

2.1 控制系统的微分方程 13

2.1.1 控制系统微分方程的建立 14

2.1.2 控制系统微分方程的求解 15

2.2 控制系统的传递函数 17

2.2.1 传递函数的定义 17

2.2.2 传递函数的求取 18

2.2.3 传递函数的性质 19

2.3 控制系统的动态结构图 19

2.3.1 动态结构图的组成与画法 19

2.3.2 动态结构图的等效变换及化简 21

2.4 典型环节的数学模型与典型系统的传递函数 28

2.4.1 典型环节的数学模型 28

2.4.2 典型系统的传递函数 30

本章小结 32

习题与思考题 33

第3章 自动控制系统的时域分析法 37

3.1 典型输入信号及其时间响应和时域性能指标 37

3.1.1 典型输入信号及其时间响应 37

3.1.2 单位阶跃响应的时域性能指标 40

3.2 自动控制系统动态性能的时域分析 41

3.2.1 一阶系统的时域分析 41

3.2.2 二阶系统的时域分析 43

3.3 自动控制系统稳定性的时域分析 48

3.3.1 系统稳定性的基本概念 48

3.3.2 控制系统稳定性的代数判据 51

3.4 自动控制系统的稳态误差分析 53

3.4.1 系统误差与稳态误差 53

3.4.2 系统的稳态误差计算 55

本章小结 59

习题与思考题 60

第4章 自动控制系统的频率分析法 63

4.1 频率特性的基本概念 63

4.1.1 频率特性的定义 63

4.1.2 频率特性的表示方法 65

4.2 典型环节和开环系统的频率特性 70

4.2.1 典型环节的频率特性 70

4.2.2 开环系统的频率特性 76

4.3 自动控制系统的频率特性分析 79

4.3.1 用频率特性分析系统的稳定性 79

4.3.2 系统开环频率特性与系统闭环阶跃响应的关系 85

本章小结 88

习题与思考题 88

第5章 自动控制系统的校正 92

5.1 自动控制系统校正的基本概念 92

5.1.1 自动控制系统校正的方式 92

5.1.2 自动控制系统的性能指标 93

5.1.3 线性系统的基本控制规律 94

5.2 自动控制系统校正的基本方法 96

5.2.1 校正装置的类型 96

5.2.2 串联校正 98

5.2.3 反馈校正 102

5.2.4 复合校正 104

5.3 自动控制系统的一般设计方法 106

5.3.1 自动控制系统设计的基本步骤 106

5.3.2 自动控制系统固有部分开环频率特性的确定 107

5.3.3 自动控制系统预期开环对数频率特性的确定 108

5.3.4 自动控制系统校正环节频率特性的确定 108

5.3.5 自动控制系统校正示例 108

本章小结 110

习题与思考题 111

第6章 MATLAB仿真软件简介 112

6.1 MATLAB软件简介 112

6.1.1 MATLAB概述 112

6.1.2 MATLAB的安装、启动与退出 113

6.2 MATLAB软件的命令窗口 115

6.2.1 MATLAB命令窗口的菜单栏 115

6.2.2 MATLAB命令窗口的工具栏 118

6.2.3 MATLAB命令窗口的命令编辑区 119

6.3 MATLAB中的命令函数和M文件 120

6.4 MATLAB中的变量和语句 120

6.5 MATLAB中的运算符 120

6.5.1 算术运算符 121

6.5.2 关系运算符 122

6.5.3 逻辑运算符 123

6.6 用MATLAB绘制响应曲线 123

6.6.1 plot函数 124

6.6.2 图形标记 125

6.6.3 subplot函数 126

6.6.4 多窗口绘图 127

6.7 Simulink简介 128

6.7.1 Simulink仿真模型的建立 129

6.7.2 Simulink仿真的基本操作 130

本章小结 131

习题与思考题 132

第7章 数学模型的MATLAB在自动控制系统中的简单应用 133

7.1 数学模型的MATLAB表示 133

7.1.1 有理函数形式的传递函数模型表示 133

7.1.2 零极点形式的传递函数模型表示 133

7.2 数学模型的MATLAB变换 135

7.2.1 数学模型结构的等效变换 135

7.2.2 不同模型对象间的等效变换 135

7.3 动态性能的MATLAB分析 136

7.3.1 闭环阶跃响应分析 136

7.3.2 开环Bode图分析 139

7.4 MATLAB在系统校正中的应用 140

本章小结 143

习题与思考题 144

下篇 自动控制系统 145

第8章 单闭环直流调速系统 145

8.1 直流调速系统概述 145

8.1.1 直流调速系统的基本概念 145

8.1.2 晶闸管直流调速系统的一般概念 149

8.2 单闭环直流调速系统 152

8.2.1 有静差单闭环直流调速系统 152

8.2.2 无静差单闭环直流调速系统 155

8.2.3 其他单闭环直流调速系统 156

8.2.4 直流调速系统的检测装置 159

8.3 单闭环直流调速系统实例分析 161

8.3.1 技术数据、技术指标和结构特点 161

8.3.2 系统的定性分析 161

本章小结 166

习题与思考题 166

第9章 转速、电流双闭环直流调速系统 168

9.1 转速、电流双闭环调速系统 168

9.2 双闭环调速系统的动态性能 171

9.3 双闭环调速系统工程设计方法 173

9.4 双闭环调速系统实例分析 184

本章小结 190

习题与思考题 191

第10章 可逆直流调速系统 194

10.1 实现可逆运行的电路 194

10.1.1 电枢反接可逆线路 194

10.1.2 励磁反接可逆线路 195

10.1.3 电枢反接和励磁反接两种可逆调速系统性能比较 196

10.1.4 可逆调速系统的四种工作状态 196

10.2 可逆系统中的环流 198

10.2.1 环流的利弊及种类 198

10.2.2 环流的抑制措施 198

10.3 自然环流可逆调速系统 201

10.3.1 系统的组成特点与工作原理 201

10.3.2 系统制动过程分析 202

10.4 可控环流可逆调速系统 206

10.4.1 系统的组成特点与工作原理 207

10.4.2 可控环流大小的确定 207

10.5 逻辑无环流可逆调速系统实例分析 209

10.5.1 逻辑控制无环流可逆调速系统的组成 209

10.5.2 逻辑控制无环流可逆调速系统的工作原理 210

本章小结 211

习题与思考题 213

第11章 直流脉宽调速系统 214

11.1 脉宽调制的基本原理 214

11.1.1 脉宽调速基本原理 214

11.1.2 不可逆PWM变换器 215

11.1.3 可逆PWM变换器 218

11.2 直流脉宽调速系统的控制电路 220

11.2.1 脉冲宽度调制器 221

11.2.2 延时环节 222

11.2.3 基极驱动器 222

11.3 直流脉宽调速系统实例分析 223

本章小结 224

习题与思考题 225

第12章 位置随动控制系统 226

12.1 概述 226

12.1.1 位置随动系统的组成及工作原理 226

12.1.2 位置随动系统的特点 227

12.1.3 位置随动系统的基本类型 227

12.2 位置的检测装置 228

12.2.1 自整角机 228

12.2.2 旋转变压器 229

12.2.3 感应同步器 231

12.2.4 光栅 233

12.2.5 光电编码盘 235

12.3 位置随动系统的控制方案和控制性能 236

12.3.1 位置随动系统的控制方案 236

12.3.2 位置随动系统的控制性能分析 237

12.4 数控机床的伺服系统实例分析 242

12.4.1 直流位置随动系统的组成 242

12.4.2 微机与L290/1/2组成的直流位置随动系统的工作原理 244

12.4.3 基于单片机8031控制的直流伺服系统 246

12.5 位置随动系统的特殊问题 247

本章小结 250

习题与思考题 250

第13章 转差功率消耗型调速系统——异步电动机调压调速系统 252

13.1 概述 252

13.2 调压调速系统基本概念 254

13.3 调压调速系统 255

13.4 利用电动机的自身结构调速 259

13.5 异步电动机调压调速系统实例分析 261

本章小结 271

习题与思考题 272

第14章 转差功率回馈型调速系统——异步电动机串级调速系统 273

14.1 串级调速原理 273

14.2 能量传递关系及串级调速系统分类 274

14.2.1 能量传递关系 274

14.2.2 串级调速系统的分类 276

14.3 串级调速系统基本特性 277

14.3.1 机械特性 277

14.3.2 串级调速系统的功率因数 278

14.3.3 串级调速系统的效率 279

14.4 具有双闭环控制的串级调速系统实例分析 278

14.4.1 双闭环控制的串级调速系统 279

14.4.2 斩波控制串级调速系统 280

14.5 双馈串级调速系统实例分析 281

本章小结 282

习题与思考题 282

第15章 转差功率不变型调速系统——异步电动机串级调速系统 283

15.1 变频调速原理 283

15.2 变频调速的基本控制方式和机械特性 283

15.2.1 变频调速的基本控制方式 283

15.2.2 变频调速的机械特性 284

15.3 变压变频装置及其基本控制方式 285

15.3.1 间接变频装置（交—直—交变频装置） 285

15.3.2 直接变频装置（交—交变频装置） 286

15.3.3 电压源型和电流源型变压变频装置 288

15.4 SPWM变压变频器 288

15.4.1 基本概念 288

15.4.2 SPWM逆变器的工作原理 289

15.4.3 SPWM逆变器的调制方式 291

15.4.4 SPWM的实现方法 291

15.4.5 SPWM专用集成电路简介 294

15.5 变频调速系统控制方式 294

15.5.1 U/f控制 294

15.5.2 转差频率控制 298

15.5.3 矢量控制 300

15.6 SPWM变压变频系统实例分析 301

15.6.1 采用微机控制的SPWM变压变频器调速系统 301

15.6.2 采用通用变频器控制的异步电动机调速系统 302

15.6.3 微机控制的SPWM交流变频调速系统 303

15.6.4 系统工作原理 303

本章小结 304

习题与思考题 304

附录A 自动控制理论实验指导书 305

附录B 拉普拉斯变换及线性微分方程求解 319

附录C 部分习题与思考题参考答案 329

参考书目 347