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第一章 自动控制系统入门 1

§1-1　引言 1

目录 1

§1-2　开环控制与闭环控制 3

§1-3 自动控制系统的基本组成部分 5

§1-4 自动控制系统的性能指标 6

1　动态性能指标 6

2　稳态性能指标 7

§1-5　控制系统的线性化数学模型 9

1　非线性特性的线性化 10

2　建立数学模型的步骤 10

3　建模举例 11

1　传递函数的定义 16

§1-6　传递函数 16

2　传递函数的性质 19

3　传递函数的基本因子——典型环节 20

§1-7　系统方框图及其等效变换 32

练习题 38

第二章　控制系统部件——比较元件 41

§2-1　概述 41

§2-2　位置比较元件 42

1　电位计 42

2　自整角机与旋转变压器 46

3　感应同步器 51

4　差动变压器 53

5　三自由度陀螺仪 54

6　霍尔位移传感器 55

7　光电编码器 56

§2-3　精—粗测角线路 58

1　“假零”问题 60

2　信号选择电路 62

§2-4　速度测量元件 64

1 直流测速发电机 64

2　交流测速发电机 66

3　光电测速器 67

§2-5　温度测量元件 69

1 电阻温度计 69

2　热电偶 70

练习题 72

第三章　控制系统部件——放大器、调制与解调器 73

§3-1　电子放大器 73

1　晶体管放大器 74

2　线性集成电路运算放大器 77

§3-2　磁放大器 81

§3-3　调制器与解调器 84

1　调制器 85

2　解调器 87

§3-4　可控硅整流器 91

1　单向可控硅整流器 91

2　双向可控硅整流器 94

§3-5　交磁放大机 95

1　滑阀式液压放大器 100

§3-6　液压放大器 100

2　喷嘴挡板式液压放大器 101

3　针阀式液压放大器 101

练习题 102

第四章　控制系统部件——执行元件 104

§4-1　直流伺服电动机 104

1　直流伺服电动机的基本原理 104

2　直流伺服电动机的传递函数 105

3　直流伺服电动机的机械特性 107

§4-2　直流力矩电动机 112

§4-3　低惯量直流伺服电动机 113

1　杯形转子直流伺服电动机 114

1　交流伺服电动机的基本原理 115

§4-4　交流伺服电动机 115

2　无槽转子直流伺服电动机 115

2　交流伺服电动机的机械特性 117

3　交流伺服电动机的传递函数 117

§4-5　步进电动机 121

§4-6　液压马达与液压缸 126

练习题 127

第五章　控制系统的时域分析 129

§5-1　控制系统的稳定性 129

1　稳定性的定义 129

2　系统稳定的必要与充分条件 130

3　劳斯（Routh）稳定性判据 132

§5-2　控制系统的典型输入信号 139

1　阶跃输入时间响应 140

§5-3　二阶系统的时间响应 140

2　恒速输入时间响应 144

§5-4　高阶系统的时间响应 146

§5-5　系统参数对系统动态性能的影响 148

1　速度阻尼F对系统动态性能的影响 151

2　放大系数K0对系统动态性能的影响 153

3　转动惯量J对系统动态性能的影响 153

§5-6　系统的稳态误差 154

1　0型系统的稳态误差 155

2　Ⅰ型系统的稳态误差 156

3　Ⅱ型系统的稳态误差 157

4　误差系数 158

§5-7　误差积分性能指标与最佳系统 163

1　误差积分性能指标 164

2　四种误差积分性能指标的比较 166

3　最佳系统的参数计算 167

练习题 171

第六章　控制系统的频率响应分析 174

§6-1　频率响应和频率特性的基本概念 174

§6-2　频率特性的图形表示 178

1　幅相频率特性曲线 178

2　对数频率特性曲线 180

3　对数幅相特性曲线 183

§6-3　典型环节的频率特性 183

1　比例环节的频率特性 183

2　纯微分环节的频率特性 184

3　一阶微分环节的频率特性 186

4　积分环节的频率特性 187

5　惯性环节的频率特性 188

6　振荡环节的频率特性 189

7　二阶微分环节的频率特性 192

§6-4　控制系统的频率特性 193

1　开环系统的幅相频率特性 193

2　开环系统的对数频率特性 196

3　闭环系统的幅频特性 200

§6-5　奈魁斯特稳定判据 203

1　米哈依洛夫定理 204

2　奈魁斯特稳定判据 206

§6-6　稳定裕量 214

1　幅值裕量 215

2　相角裕量 215

§6-7　评定控制系统性能的频率域指标 216

1　二阶系统动态性能与频率特性的关系 216

2　高阶系统动态性能与频率特性的关系 220

练习题 222

第七章　根轨迹方法 224

§7-1　概述 224

§7-2　相角（幅角）条件与幅值条件 226

§7-3　根轨迹的特性及其绘制法则 229

1　根轨迹的起点和终点 229

4　实轴上的根轨迹 230

3　根轨迹的对称性 230

2　根轨迹的条数 230

5　根轨迹的渐近线 231

6　根轨迹与虚轴的交点 235

7　根轨迹与实轴的分离点与会合点 236

8　根轨迹的起始角和终止角 244

9　闭环极点之和与积 245

§7-4　控制系统的根轨迹分析 252

1　按根轨迹曲线分析系统的动态性能 252

2　闭环系统的零、极点分布对系统动态性能的影响 258

练习题 261

§8-1　控制系统的技术要求 263

1　位置控制系统的技术要求 263

第八章　控制系统设计 263

2　速度控制系统的一般技术要求 264

§8-2　控制系统的设计步骤 265

1　方案论证 265

2　静态计算 266

3　动态计算 266

§8-3　控制系统的静态计算 267

1　执行元件的选择 267

2　减速器传动级数的选择与传动比分配 277

3　比较元件的选择原则 281

4　放大器的选择与设计原则 282

§8-4　控制系统的综合校正 283

1　用对数频率法综合校正系统的步骤 283

2 希望特性Lx（ω）的绘制 284

3　串联校正 286

4　并联校正 288

§8-5　复合控制与扰动补偿 297

1　复合控制系统原理 297

2　扰动补偿 299

3　不变性原理 300

4 复合控制系统的设计计算 301

练习题 305

第九章 自动控制系统举例 308

§9-1　具有交磁放大机的随动系统 308

1　系统结构 308

2　系统的信号传递 312

3　系统的传递函数及方框图 313

§9-2　具有可控硅整流的随动系统 321

1　系统结构 323

2　磁触发器的基本工作原理 325

3　系统的信号传递 328

4 系统的传递函数及方框图 330

§9-3　单相可控硅直流电动机调速系统 333

练习题 338

第十章　采样控制系统 339

§10-1　采样控制系统的基本概念 339

1　采样系统概述 339

2　离散时间信号 342

3　采样信号的数学描述 343

4　零阶保持器的数学模型 347

§10-2　采样定理 349

§10-3　z变换 351

1　z变换的定义 351

2　z变换方法 352

3　z变换定理 355

4　z反变换 358

§10-4　差分方程及其解法 360

1　差分方程 360

2　差分方程的解法 362

§10-5　脉冲传递函数 363

1　脉冲传递函数的定义 363

2　脉冲传递函数的求法 363

3　串联环节的脉冲传递函数 364

4　并联环节的脉冲传递函数 365

5 闭环系统的脉冲传递函数 366

§10-6　采样系统的分析 368

1　采样系统的稳定性 369

2　采样系统的动态性能 373

3　采样系统的稳态性能 376

练习题 378

附录Ⅰ 拉氏变换 380

1　拉氏变换的定义 380

2　拉氏变换定理 382

3　拉氏反变换及其对照表 389

附录Ⅱ 检验正弦跟踪精度公式的证明 391

附录Ⅲ　校正装置及其特性 393

参考文献 402