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第一章自动控制系统设计概述 1

1.1控制系统的类型及组成 1

1.1.1顺序控制系统 1

目 录 1

1.1.2反馈控制系统 2

1.1.3复合控制系统 2

1.2.2反馈控制系统的设计技术指标 3

16.2.4解耦方程 65 3

1.2.1 顺序控制系统的设计技术指标 3

1.2控制系统的设计技术指标 3

1.2.3复合控制系统的设计技术指标 5

1.3控制系统的设计问题 5

1.3.1 设计大纲 5

1.3.2设计步骤 6

1.3.3基本设计 7

1.3.4详细设计 9

第二章控制系统模型 10

2.1控制系统模型及其分类 10

2.1.1连续时间系统数学模型 10

2.1.2离散时间系统数学模型 10

2.1.3多变量系统数学模型及其特点 10

2.2控制系统建模与校模 13

2.2.1先验知识的利用与建模方法选择 13

2.2.2输入信号的选择 14

2.2.3 观测数据的采集和预处理 15

2.2.4阶和时延的检验 17

2.3系统模型工程确定方法 19

2.3.1 分析法 19

2.3.2时域法 21

2.3.3频域法 21

2.3.4相关分析法 24

2.4系统模型确定实例 24

3.1单回路控制系统 31

3.1.1单回路控制系统 31

第三章生产过程控制技术基础 31

3.1.2控制规律（调节规律） 35

3.1.3常用的几种PID控制规律 37

3.1.4积分饱和问题 39

3.2复合控制系统 40

3.3非线性控制系统工程设计 41

3.3.1 位式控制 41

3.3.2 Bang—Bang控制 42

3.3.3 非线性过程的非线性控制 44

3.3.4线性过程的非线性控制 47

4.1概述 51

第四章控制系统计算机辅助设计 51

4.2.1数据共享功能 53

4.2.2图形显示及绘图功能 53

4.2 CSCAD的系统功能 53

4.2.3扩展功能 54

4.2.4人—机对话功能 54

4.3 CSCAD的设计功能 55

4.3.1控制系统分析、设计功能 55

4.3.2仿真功能 55

4.3.3模型的变换、分解、合成功能 56

5.1.1可靠度、维修度、有效度 57

5.1可靠性的基本概念 57

第五章控制系统可靠性 57

5.1.2可靠度函数 58

5.1.3常用系统的可靠度 60

5.2控制系统的可靠性分析 60

5.2.1环境与失效 61

5.2.2失效模式后果致命度分析 61

5.2.3故障树分析 62

5.2.4软件故障模式分析 62

5.3可靠性设计 63

5.3.1可靠性设计的方法 63

5.3.2可靠度的分配原则 65

5.3.3可靠度优化设计 66

5.4可靠性试验及预测 66

5.4.1可靠性试验 66

5.4.2可靠性预测 67

6.1 危险环境、爆炸性气体及防爆 68

结构的分类 68

6.1.1危险环境的分类 68

6.1.2爆炸性混合物的分类 68

第六章控制系统安全保护对策 68

6.1.3防爆结构的种类 69

6.2隔爆型防爆结构 69

6.2.1隔爆型 69

6.2.3爆炸强度试验 70

6.2.5 温度试验 70

6.2.4爆炸点火试验 70

6.2.2隔爆型接合面的结构参数 70

6.3.2安全栅 71

6.3安全火花型防爆结构 71

6.3.1安全火花型 71

6.4噪声及其对策 72

6.4.1产生噪声的原因 72

6.4.2降低噪声影响的方法 73

第七章测量元件及测量电路 75

7.1过程量测量元件 75

7.1.1概述 75

7.1.2温度测量元件 75

7.1.3压力测量元件 83

7.1.4流量测量元件 90

7.1.5湿度测量元件 94

7.1.6液位测量元件 97

7.1.7密度测量元件 99

7.1.8粘度测量元件 100

7.1.9成分测量元件 101

7.2机械量测量元件 105

7.2.1 概述 105

7.2.2位移、角度测量元件 105

7.2.3速度、加速度测量元件 127

7.2.4姿态测量元件 130

7.2.5转速测量元件 134

7.2.6力应变测量元件 146

7.2.7力矩测量元件 149

7.2.8荷重测量元件 151

7.2.9厚度测量元件 155

7.3.2编码盘 157

7.3数字测量元件 157

7.3.1 概述 157

7.3.3光电码盘 158

7.3.4光栅 163

7.3.5磁尺 165

7.3.6感应同步器及测量电路 170

7.3.7细分技术 176

7.4新型测量元件 181

7.4.1固体图像器件类型及应用 181

7.4.2激光测量仪 185

7.4.3光纤传感器 187

7.4.4红外辐射传感器 192

7.5.1桥式测量电路 196

7.5测量电路 196

7.5 2脉冲型测量电路 202

第八章信号放大与变换 206

引言 206

8.1运算放大器 206

8.1.1运算放大器模型 207

8.1.2基本运算放大电路 207

8.1.3运算放大器的实际参数及减小运算放大器误差的方法 209

8.2信号放大器 212

8.2.1电压放大器 212

8.2.2电流放大器 215

8.2.3电荷放大器 216

8.3.1低通滤波器 216

8.3信号处理电路 216

8.3.2高通滤波器 218

8.3.3带通滤波器 220

8.3.4带阻滤波器（陷波滤波器） 223

8.3.5移相滤波器（全通滤波器） 225

8.3.6峰值检波器（峰值保持器） 227

8.3.7采样保持电路 228

8.3.8电压比较器 230

8.4运算电路 231

8.4.1求和放大器 231

8.4.2微分电路 232

8.4.3积分电路 233

8.4.4对数电路 234

8.4.5反对数电路 235

8.4.6乘除电路 236

8.4.7平方、开方电路 237

8.4.8绝对值电路 237

8.5变换电路 238

8.5.1 电压—电流变换电路 239

8.5.2电容—电感转换电路 239

8.5.3电容倍增电路 240

8.6.1正弦波发生器 240

8.6波形发生器 240

8.6.2方波和三角波发生器 241

8.6.4脉冲、锯齿波发生器 242

8.6.3函数发生器 242

8.6.5阶梯波发生器 246

8.7.1电压—频率、频率—电压变 248

换电路 248

8.7信号变换 248

8.7.2鉴相器 250

8.7.3调制器 252

8.7.4解调器 254

8.7 5数／模转换器 257

8.7.6模／数转换器 258

8.8.1保护电路 259

8.8电路装配技术 259

8.8.2预防噪声技术 261

8.8.3运算放大器电路中的无源元件的性能要求 264

8.9电液伺服阀 264

8.9.1电液伺服阀的功能与类型 264

8.9.2工作原理与特性 265

8.9.3电液伺服阀的性能及其规格 267

选择 267

第九章功率放大器 270

9.1概述 270

9.2功率晶体管开关放大器 270

9.2.1功率晶体管的开关特性 273

9.2.2功率晶体管的开关损耗 276

9.2.3功率晶体管脉宽调制放大器 280

9.3可控硅功率放大器 298

9.3.1 可控硅元件的特点及工作状态转换条件 298

9.3.2单相可控整流电路 299

9.3.3三相可控整流电路 307

9.3.4多相可控整流电路 316

9.3.5 可控硅功率放大器供电时直流电动机的机械特性 321

9.3.6可控硅的触发电路 323

9.3.7可控硅元件的选择 328

9.3.8可控硅的保护 329

9.3.9 可控硅的串联和并联 333

9.4液压、气动放大器 335

9.4.1液压放大元件 335

9.4.2气动放大元件 345

第十章执行元件 349

10.1直流伺服电动机 349

10.1.1直流伺服电动机的结构类型和特点 350

10.1.2直流伺服电动机的静态和动态特性及参数 358

10.2交流伺服电动机 362

10.2.1两相交流伺服电动机 363

10.2.2交流力矩电动机 372

10.2.3三相异步电动机 373

10.3步进电动机 376

10.3.1步进电动机的结构、类型、工作原理、参数和特性 376

10.3.2步进电动机的控制线路 383

10.4直线电动机 393

10.4.1直线直流电动机 394

10.4.2直线感应电动机 397

10.4.3直线步进电动机 400

10.5液压执行元件 403

10.5.1摆动液压马达 403

10.5.2液压缸 404

10.6气动执行元件 408

10.6.1气缸 408

10.6.2气动马达 410

10.6.3其他气动执行元件 411

10.7.1伺服电动机参数计算和测定 412

选择 412

10.7伺服电动机参数计算、测定和 412

10.7.2伺服电动机的选择 417

第十一章顺序控制系统 423

11.1 顺序控制系统的组成和功能 423

11.1.1顺序控制系统组成 423

11.1.2顺序控制器的功能 423

11.2顺序控制系统的逻辑运算 424

11.3逻辑电路 424

11.3.1继电器逻辑电路 424

11.3.2晶体管逻辑电路 426

11.3.3矩阵逻辑电路 427

11.4可编程序控制器 430

11.4.1 可编程序控制器的结构和功能 430

11.4.2 PC的编程 432

11.4.3用户程序编制举例 435

11.4.4 PC控制系统的设计 437

11.5顺序控制系统分类 440

11.5.1条件顺序控制系统 440

11.5.2时间顺序控制系统 441

11.5.3逻辑顺序控制系统 441

11.6顺序控制系统的设计原则及 442

过程 442

11.7顺序控制系统设计实例 444

11.7.1 电梯控制系统——条件顺序控制系统 444

11.7.2运输机的启、停控制系统——时间顺序控制系统 451

第十二章 生产过程控制系统设计 453

11.7.3钻床加工程序控制系统——逻辑顺序控制系统 453

12.1概述 455

12.1.1生产过程自动化的发展概况 455

12.1.2生产过程控制系统的组成和分类 455

12.1.3过程控制系统的性能指标 456

12.2单回路过程反馈控制系统 457

设计 457

12.2.1单回路反馈控制系统的组成 457

12.2.2对象特性对控制质量的影响 458

12.2.3控制规律的选择 459

12.2.4单回路控制系统整定 461

12.3串级控制系统 467

12.3.1串级控制系统组成 467

12.3.2串级控制系统特点 468

12.3.3串级控制系统设计原则 470

12.3.4串级控制系统主、副调节器选型 471

12.3.5串级控制系统整定 472

12.4均匀控制系统 475

12.5 比值控制系统 478

12.6分程控制系统 481

12.7 自动选择性控制系统 484

12.8前馈控制系统 486

12.9预估补偿控制系统 494

第十三章计算机控制系统 501

13.1计算机控制系统概述 501

13.1.1计算机控制系统组成及特点 501

13.1.2计算机控制系统的基本类型 502

13.2计算机控制系统的过程通道 504

13.2.1过程通道概述 504

13.2.2过程参数的采样原理 505

13.2.3数字滤波 507

13.2.4模拟量输入输出通道 508

13.2.5开关量输入输出通道 509

13.2.6脉冲输出电路 511

13.2.7过程通道中的抗干扰问题 511

13.3直接数字控制系统（DDC 511

系统） 511

13.3.1 DDC系统的组成、功能及其应用场合 511

13.3.2 DDC的基本算式 514

13.3.3 PID控制算法的参数整定 518

13.3.4 PID程序编制及程序框图 521

13.3.5 DDC串级控制系统 522

13.4 自动位置控制系统（APC） 524

13.5大纯迟后补偿控制系统 527

13.6多变量解耦控制系统 529

13.7多变量前馈控制系统 535

13.8分散型综合控制系统 542

13.8.1 概述 542

13.8.2TDCS-2000系统组成和主 544

要部件 544

13.8.3基本控制器的结构、功能和算法 547

13.8.4带上位机的分散型综合控制系统 551

14.1性能指标与控制方案 555

14.1.1性能指标 555

14.1.2控制方案 555

第十四章 伺服系统设计 555

14.2系统构成与数学描述 557

14.2.1 系统构成 557

14.2.2伺服系统的微分方程 557

14.3伺服机构特性 560

14.3.1静特性 560

14.3.2动特性 562

14.3.3过渡特性的改善 563

14.4系统设计及动态计算 564

14.4.1 伺服系统设计的一般步骤 564

14.4.2静态计算 565

14.4.3动态分析与综合 567

14.5电动伺服系统设计 583

14.5.1 方案选择 584

14.5.2 静态计算 584

14.5.3动态分析与综合 592

14.6电液伺服系统设计 596

14.6.1 电液位置伺服系统 596

14.6.2电液速度伺服系统 601

第十五章 电力拖动控制系统 603

15.1 电力拖动控制系统及其技术 603

指标 603

15.2电力拖动系统的工程设计 605

方法 605

15.2.1典型系统开环对数频率特性 605

15.2.2非典型系统的典型化 607

15.3晶闸管直流调速系统 608

15.3.1主电路 608

15.3.2单相晶闸管－直流电机调速系统 608

15.3.3多环调速系统 613

15.3.4晶闸管可逆调速系统 620

15.4异步电动机调压调速系统 626

15.5异步电动机的串级调速系统 629

第十六章飞行器模型与控制系统组成 629

16.1概述 635

16.2数学模型建立 637

16.2.1 全量方程 637

16.2.2全量方程的简化形式 647

16.2.3增量方程 650

16.3 飞行器控制系统的组成与设计要求 654

第十七章飞行器稳定回路设计 657

17.1 引言 657

17.2飞机纵向稳定系统设计 658

17.2.1 飞机纵向运动的数学模型 658

17.2.2用模态分解技术设计自动驾驶仪 658

17.3 飞行器侧向自动驾驶仪设计 665

17.4滚动自动驾驶仪设计 667

17.5舵系统设计 669

18.1 概述 671

第十八章地空导弹制导系统设计 671

18.2地空导弹的导引方法 672

18.3地空导弹控制系统分类 674

18.3.1 遥控系统 674

18.3.2 自动导引系统 676

18.4指令遥控地空导弹控制系统 677

设计 677

18.5地空导弹系统指令形成 681

第十九章反舰导弹控制系统设计 684

19.1 概述 684

19.1.1 反舰导弹的组成与分类 684

19.1.4反舰导弹的典型弹道 685

19.1.2反舰导弹的战术技术指标 685

19.1.3反舰导弹控制和飞行特点 685

19.1.5反舰导弹控制系统 686

19.2反舰导弹控制系统设计程序 687

19.3 反舰导弹的线性模型辨识 689

19.4 反舰导弹时间最优控制系统 690

设计 690

19.5反舰导弹最优状态估计器 694

设计 694

19.6反舰导弹自适应控制系统 697

设计 697

19.7反舰导弹解耦控制系统设计 702

第二十章 空空导弹控制系统设计 708

19.8反舰导弹控制系统元部件的 708

选择 708

20.1空空导弹战术技术指标 711

20.2空空导弹控制方案与控制 716

系统特点 716

20.3制导系统设计 717

20.4比例导引规律的实现 722

20.5制导精度的近似分析 726

20.6制导舱设计 730

20.7仿真技术在寻的导弹制导 733

系统设计中的应用 733

21.1.1陀螺稳定系统的类型 744

21.1陀螺稳定系统 744

第二十一章惯性系统 744

21.1.2陀螺稳定系统的应用与工程设计问题 746

21.2惯性导航系统 746

21.2.1惯性导航的基本原理 746

21.2.2惯性导航系统的类型 749

21.2.3平台式惯导系统与捷联式系统比较 751

21.2.4惯性导航系统主要指标表示法 752

21.2.5惯性导航系统的工程设计问题 753

21.3惯性制导系统 755

21.3.1 飞航式导弹惯性制导系统 755

21.3.2弹道式导弹惯性制导系统 756

21.4空间惯性系统 757

21.5惯性测量与定位系统 758

21.6惯性系统应用的新领域 760

21.6.1 基于惯性技术的新型钻井测量系统 760

21.6.2运载器的动态试验测量系统 760

21.6.3陀螺称量装置 762

21.6.4铁路轨道超高测量用陀螺平台 763

21.6.5伺服加速度计式测斜仪 764

21.6.6其他 765

附 录 766

附录Ⅰ 检测元件 766

附录Ⅱ 变换器 803

附录Ⅲ执行元件 807

参考文献 826