机电系统控制原理及应用PDF电子书下载

第1章 控制系统导论 1

1.1 机电控制系统的基本概念 1

1.1.1 机电一体化的概念与内涵 1

1.1.2 控制的基本概念 1

1.2 机电控制系统的组成 3

1.2.1 机电控制系统的组成概述 3

1.2.2 控制装置的功能 4

1.3 机电控制系统的性能要求和指标 5

1.3.1 机电控制系统的性能要求 5

1.3.2 机电控制系统的性能指标 5

1.4 控制系统设计概述 6

1.4.1 自动控制简史 6

1.4.2 控制系统前瞻 7

1.4.3 控制系统设计过程 7

1.5 典型机电控制系统 8

1.5.1 磁盘驱动系统介绍 8

1.5.2 磁盘驱动系统设计步骤 9

练习题 9

第2章 机电控制系统的数学模型 12

2.1 控制系统时域数学模型的建立 12

2.1.1 物理系统微分方程的建立 12

2.1.2 物理系统的线性近似 14

2.2 线性系统的传递函数 15

2.2.1 传递函数定义 15

2.2.2 拉氏变换 16

2.2.3 关于传递函数的几点说明 19

2.2.4 典型环节的传递函数 20

2.3 控制系统的结构图 22

2.3.1 结构图的四种基本单元 22

2.3.2 结构图的基本形式和等效变换 23

2.3.3 五种常用的等效变换法则 24

2.3.4 开环传递函数和闭环传递函数 25

2.4 信号流图模型 26

2.5 利用MATLAB进行系统建模与仿真 28

2.5.1 传递函数的多项式表示 28

2.5.2 连续系统的模型转换 28

2.5.3 结构图化简 29

2.6 设计实例——磁盘驱动系统数学建模 30

练习题 33

第3章 时域分析法 36

3.1 时间响应性能指标 36

3.1.1 典型输入信号 36

3.1.2 阶跃响应性能指标 37

3.2 一阶系统的时域分析 38

3.2.1 一阶系统的数学模型 38

3.2.2 一阶系统的单位阶跃响应 38

3.3 二阶系统的时域分析 39

3.3.1 二阶系统的数学模型 39

3.3.2 二阶系统特征方程 40

3.3.3 二阶系统的阶跃响应 41

3.3.4 欠阻尼二阶系统的动态性能指标 43

3.3.5 改善二阶系统性能的措施 44

3.3.6 高阶系统的时域分析 46

3.4 线性系统的稳定性分析 48

3.4.1 线性系统稳定性的定义 48

3.4.2 系统稳定充要条件 48

3.5 线性系统稳态误差分析 51

3.5.1 稳态误差的概念 51

3.5.2 稳态误差的计算 52

3.5.3 输入信号作用下的稳态误差与系统型别的关系 53

3.5.4 扰动作用下稳态误差计算 56

3.6 用MATLAB进行系统时域分析 58

3.6.1 绘制时域响应曲线 58

3.6.2 应用MATLAB研究系统的稳定性 59

3.7 设计实例——磁盘驱动读取系统 61

练习题 65

第4章 控制系统的设计 71

4.1 根轨迹法分析 71

4.1.1 根轨迹概念 71

4.1.2 根轨迹绘制基本法则 73

4.1.3 根轨迹法应用 79

4.1.4 附加开环零、极点的作用 81

4.2 控制系统的频域分析 82

4.2.1 频率特性及其与时域响应的关系 82

4.2.2 典型环节的频率特性 86

4.2.3 系统开环频率特性的绘制 92

4.2.4 奈奎斯特判据和系统的相对稳定性 99

4.2.5 系统频域性能指标 106

4.3 串联校正 111

4.3.1 系统校正设计基础 111

4.3.2 串联超前校正 113

4.3.3 串联滞后校正 119

4.3.4 滞后-超前网络 125

4.4 MATLAB辅助分析与设计 128

4.4.1 应用MATLAB分析根轨迹 128

4.4.2 用MATLAB绘制频率响应图 130

4.4.3 利用MATLAB分析频域稳定性 131

4.5 设计实例 133

设计实例1——磁盘驱动读取系统设计 133

设计实例2——转子绕线机控制系统 134

练习题 138

第5章 线性离散系统分析 142

5.1 离散系统的基本概念 142

5.1.1 采样控制系统 142

5.1.2 数字控制系统 142

5.1.3 离散控制系统的特点和研究方法 144

5.2 信号的采样与保持 145

5.2.1 数据采样及数学描述 145

5.2.2 采样过程的数学描述 146

5.2.3 采样定理 147

5.2.4 信号的复现 151

5.3 z变换理论 153

5.3.1 z变换定义 153

5.3.2 z变换的性质 154

5.3.3 z变换的求法 154

5.3.4 z反变换 157

5.4 离散系统的数学模型 159

5.4.1 线性常系数差分方程及其解法 159

5.4.2 脉冲传递函数 161

5.5 离散系统的稳定性分析 167

5.5.1 离散系统的零、极点概念 167

5.5.2 Z平面与S平面的影射关系 167

5.5.3 离散系统稳定的充要条件 169

5.5.4 离散系统的稳定性判据 170

5.5.5 离散系统的稳态误差 172

5.5.6 离散系统的动态性能分析 174

5.6 应用MATLAB设计数字控制系统 177

第6章 控制系统传感器技术 179

6.1 速度传感器 179

6.1.1 光电式转速传感器 179

6.1.2 光纤多普勒速度传感器 183

6.2 MEMS惯性器件原理与应用 186

6.2.1 MEMS加速度计 186

6.2.2 MEMS陀螺仪 190

6.3 仿生传感器技术 195

6.3.1 视觉传感器 195

6.3.2 听觉（声）传感器 205

6.3.3 触觉传感器 207

6.3.4 接近觉传感器 208

6.3.5 力觉传感器和滑觉传感器 209

6.3.6 嗅觉传感器 210

6.3.7 光流传感器 211

练习题 211

第7章 控制系统中的驱动技术 212

7.1 步进电机及其驱动 212

7.1.1 步进电机工作原理 213

7.1.2 步进电机选型 216

7.2 直流电机及控制 220

7.2.1 直流电机控制原理 220

7.2.2 直流电机选型 222

7.3 超声电机原理及应用 222

7.3.1 超声电机概述 223

7.3.2 超声电机基本原理 224

7.3.3 超声电机应用 229

练习题 231

第8章 典型机电控制系统 232

8.1 小型无人地面平台控制系统设计 232

8.1.1 小型无人地面平台简介 232

8.1.2 小型无人地面平台横向控制系统结构框图设计 232

8.1.3 小型无人地面平台运动学数学模型建立 233

8.1.4 小型无人地面平台横向控制系统关键参数设计 234

8.1.5 小型无人地面平台横向控制实验与分析 237

8.2 侦察用飞行器飞行控制系统设计 241

8.2.1 侦察用飞行器简介 241

8.2.2 侦察用飞行器飞行控制系统结构框图设计 242

8.2.3 侦察用飞行器运动学数学模型建立 243

8.2.4 侦察用飞行器飞行控制系统配平点分析 245

8.2.5 侦察用飞行器飞行控制系统设计与仿真 248

8.2.6 侦察用飞行器飞行控制系统实验与分析 252

8.3 旋转弹舵机驱动系统设计 253

8.3.1 带舵机控制系统的旋转弹 253

8.3.2 旋转弹控制系统原理框图设计 254

8.3.3 旋转弹舵机控制力产生的机理 255

8.3.4 旋转弹运动数学模型建立 259

8.3.5 旋转弹舵机控制系统设计 260

参考文献 270