自动控制原理与系统PDF电子书下载

第1章 自动控制的基本概念 1

1.1 自动控制理论概述 1

1.2 简要发展历史 2

1.3 自动控制系统的组成 3

1.3.1 人工控制与自动控制 3

1.3.2 自动控制的基本概念与组成 3

1.3.3 系统术语 4

1.3.4 自动控制系统的方块图表示 5

1.4 自动控制系统的分类 5

1.4.1 开环控制系统和闭环控制系统 6

1.4.2 定值、随动和程序控制系统 7

1.4.3 线性和非线性控制系统 8

1.4.4 连续和离散控制系统 8

1.4.5 单变量和多变量控制系统 9

1.5 自动控制系统举例 9

1.5.1 温度控制系统 10

1.5.2 位置随动系统 11

1.5.3 自动调速系统 13

1.6 自动控制系统的基本要求 14

1.7 本课程的学习任务与学习要求 15

本章小结 16

习题1 17

第2章 拉普拉斯变换及其应用 19

2.1 拉氏变换的概念 19

2.2 拉氏变换的运算定理 25

2.3 拉氏反变换 29

2.4 拉氏变换应用举例 32

本章小结 38

习题2 38

第3章 自动控制系统的数学模型 40

3.1 控制系统的微分方程 41

3.1.1 控制系统微分方程的建立 41

3.1.2 控制系统微分方程的求解 43

3.2 传递函数 44

3.2.1 传递函数的定义 44

3.2.2 传递函数的求取 45

3.2.3 传递函数的性质 47

3.3 控制系统的动态结构图 47

3.3.1 动态结构图的组成与画法 47

3.3.2 动态结构图的等效变换及化简 49

3.3.3 用公式法求传递函数 55

3.4 典型环节的数学模型及阶跃响应 58

3.4.1 典型环节的数学模型 58

3.4.2 典型环节的传递函数及阶跃响应 62

3.5 控制系统的传递函数 67

本章小结 69

习题3 71

第4章 控制系统的时域分析法 73

4.1 典型控制过程及性能指标 73

4.1.1 典型初始状态 73

4.1.2 典型输入信号 74

4.1.3 阶跃响应的性能指标 76

4.2 一阶系统的时域分析 77

4.3 二阶系统的时域分析 78

4.4 系统稳定性分析 85

4.4.1 稳定的基本概念 85

4.4.2 线性系统稳定的充分必要条件 86

4.4.3 劳斯稳定判据 87

4.4.4 两种特殊情况 88

4.4.5 劳斯稳定判据在系统分析中的应用 90

4.5 稳态性能的时域分析 90

4.5.1 稳态误差的基本概念 90

4.5.2 系统类型 91

4.5.3 参考输入信号作用下的稳态误差 92

4.5.4 扰动输入信号作用下的稳态误差 93

本章小结 95

习题4 96

第5章 控制系统的频域分析法 98

5.1 频率特性的概念 98

5.1.1 频率特性的基本概念 98

5.1.2 频率特性与传递函数的关系 99

5.1.3 频率特性的性质 100

5.1.4 频率特性的图形表示方法 100

5.2 典型环节的伯德图 101

5.2.1 比例环节 101

5.2.2 积分环节 102

5.2.3 微分环节 103

5.2.4 惯性环节 104

5.2.5 比例微分环节 105

5.2.6 振荡环节 106

5.2.7 一阶不稳定环节 108

5.2.8 最小相位系统的概念 108

5.3 系统开环对数频率特性曲线的绘制 112

5.3.1 系统开环对数频率特性曲线绘制的一般步骤 112

5.3.2 开环对数频率特性曲线绘制举例 113

5.4 系统稳定性的频域分析 119

5.4.1 对数频率稳定判据 119

5.4.2 稳定裕量 121

5.5 动态性能的频域分析 123

5.5.1 三频段的概念 123

5.5.2 典型系统 126

本章小结 128

习题5 129

第6章 自动控制系统的校正 132

6.1 常用校正装置 132

6.1.1 无源校正装置 133

6.1.2 有源校正装置 134

6.2 串联校正 134

6.2.1 串联比例校正 135

6.2.2 串联比例微分校正 137

6.2.3 串联比例积分校正 138

6.2.4 串联比例积分微分校正 140

6.3 反馈校正 142

6.4 前馈控制的概念 144

6.5 自动控制系统的一般设计方法 145

6.5.1 自动控制系统设计的基本步骤 145

6.5.2 系统固有部分频率特性的简化处理 146

6.5.3 系统预期开环对数频率特性的确定 148

本章小结 149

习题6 150

第7章 直流调速系统 151

7.1 直流调速系统概述 151

7.1.1 直流调速系统的基本概念 151

7.1.2 直流调速的三种方式 152

7.1.3 调压调速的三种主要形式 153

7.1.4 直流调速系统的性能指标 156

7.2 单闭环直流调速系统 160

7.2.1 闭环调速系统常用调节器 160

7.2.2 单闭环直流调速系统 165

7.2.3 无静差调速系统概述及积分控制规律 171

7.3 带电流截止负反馈的闭环调速系统 172

7.3.1 电流截止负反馈的引入 172

7.3.2 带电流截止负反馈的闭环调速系统静特性 173

7.3.3 带电流截止负反馈的闭环调速系统启动过程 174

7.4 闭环调速系统设计实例 175

7.5 多环直流调速系统 180

7.5.1 转速、电流双闭环调速系统及其静特性 180

7.5.2 三环控制的直流调速系统 185

本章小结 186

习题7 187

第8章 PWM直流脉宽调速系统 190

8.1 直流脉宽调制电路的工作原理 191

8.1.1 不可逆、无制动力PWM变换器 191

8.1.2 不可逆、有制动力PWM变换器 192

8.1.3 可逆PWM变换器 194

8.2 脉宽调速系统的控制电路 197

8.2.1 直流脉宽调制器 197

8.2.2 逻辑延时电路 198

8.2.3 基极驱动电路和保护电路 198

8.3 PWM直流调速装置的系统分析 199

8.3.1 总体结构 199

8.3.2 PWM脉宽调制变换器的传递函数 200

8.3.3 系统分析 200

8.4 由PWM集成芯片组成的直流脉宽调速系统实例 200

8.4.1 SG1731芯片简介 201

8.4.2 由SG1731组成的直流调速系统 202

本章小结 203

习题8 204

第9章 位置随动系统 205

9.1 位置随动系统的组成及其基本特征 205

9.1.1 位置随动系统的组成 205

9.1.2 位置随动伺服系统的分类 207

9.1.3 随动伺服系统的控制方式 208

9.2 位置伺服系统的部件功能及工作原理 209

9.2.1 位置检测元件 210

9.2.2 执行元件 213

9.2.3 相敏整流与滤波电路 215

9.2.4 放大电路 217

9.3 位置随动伺服系统的控制特点及实例分析 217

9.3.1 系统组成原理图 217

9.3.2 系统组成框图 219

9.3.3 系统自动调节过程 220

9.4 位置伺服系统的控制性能分析与校正设计 220

9.4.1 系统的稳态性能分析 220

9.4.2 系统的动态性能分析 221

本章小结 222

习题9 223

第10章 交流变频调速系统 224

10.1 交流变频调速的基本概念 224

10.1.1 交流调速系统简介 224

10.1.2 交流变频调速的基本控制方式 226

10.2 标量控制的变频调速系统 230

10.2.1 控制输出电压的方式 230

10.2.2 U/f比例控制方式 232

10.2.3 转差频率控制方式 234

10.3 矢量控制的调速系统 236

10.3.1 基于转差频率控制的矢量控制方式 237

10.3.2 无速度传感器的矢量控制方式 238

10.4 脉宽调制型交流变频调速系统 239

10.4.1 PWM型变频器的工作原理 240

10.4.2 PWM型变频调速系统的主电路 242

10.4.3 PWM型变频调速系统的控制电路 245

10.5 数字式通用变频器及其应用 249

10.5.1 通用变频器概况 249

10.5.2 通用变频器的选择 251

10.5.3 通用变频器的运行 257

10.5.4 通用变频器应用实例 262

本章小结 264

习题10 265

附录 自动控制技术常用术语中、英文对照 266

参考文献 275