自动控制系统及应用PDF电子书下载

第1章　自动控制系统的一般概念 1

1.1 自动控制的含义 1

1.2 自动控制系统的基本原理 1

1.2.1 自动控制系统概述 1

目录 1

1.2.2　开环控制系统和闭环控制系统 3

1.3 自动控制系统的基本组成 5

1.4 自动控制系统的基本类型 6

1.4.1 按照输入量的变化规律来分 6

1.4.2　按照系统传递信号对时间的关系来分 6

1.5　对自动控制系统的基本要求 7

1.4.3　按照系统输出量和输入量的关系来分 7

1.6 习题 9

第2章　自动控制系统的基本部件 10

2.1　常用的检测元件 10

2.1.1　温度检测元件 10

2.1.2　线位移检测元件 13

2.1.3　角位移检测元件 16

2.1.4　转速检测元件 20

2.2　伺服电动机 22

2.2.1　直流伺服电动机 22

2.2.2　交流伺服电动机 24

2.3.1　晶闸管 26

2.3　晶闸管直流交流调压电路 26

2.3.2　单相桥式全控整流电路 28

2.3.3　三相可控整流电路 31

2.3.4　晶闸管的触发电路与保护电路 34

2.3.5　交流调压电路 40

2.4　大功率晶体管脉宽调制（PWM）型直流调压电路 43

2.4.1 DC—DC变换器 43

2.4.2　大功率晶体管 44

2.4.3　大功率晶体管脉宽调制型直流调压电路 47

2.5　正弦脉宽调制的交—直—交变压变频电路 50

2.5.1　电路的组成 50

2.5.2　正弦脉宽调制（SPWM）交流变压变频电路的基本原理 51

2.6.1 比例（P）调节器 54

2.6　常用的调节器 54

2.6.2　积分（I）调节器 55

2.6.3 比例积分（PI）调节器 56

2.6.4　比例积分微分（PID）调节器 57

2.7　习题 58

第3章　典型自动控制系统的工作原理 60

3.1　水位控制系统 60

3.1.1　系统的组成 60

3.1.2　系统的工作原理 61

3.2　具有转速负反馈的晶闸管直流调速系统 61

3.2.1　系统的组成 62

3.2.2　系统的工作原理 63

3.3.1 电压负反馈调速系统 64

3.3　具有电压负反馈和电流正反馈的晶闸管直流调速系统 64

3.3.2　电压负反馈和电流正反馈的直流调速系统 65

3.4　转速与电流双闭环直流调速系统 66

3.4.1　系统的组成 66

3.4.2　系统的工作原理 68

3.5　晶闸管交流调压位置随动系统 70

3.5.1　系统的组成 70

3.5.2　系统的工作原理 72

3.5.3　位置随动系统与调速系统的比较 73

3.6　全控型电力电子器件组成的SPWM变压变频调速系统 73

3.6.1 变频调速的基本控制方式 73

3.6.2　模拟式SPWM变压变频调速系统 75

3.6.3　微机控制的SPWM变压变频调速系统简介 76

3.7 习题 77

第4章　拉普拉斯变换 79

4.1 拉氏变换 79

4.1.1　拉氏变换的定义 79

4.1.2　典型时间函数的拉氏变换 79

4.2　拉氏变换的性质 83

4.2.1　线性性质 83

4.2.2　实数域的位移定理（延时定理） 83

4.2.3　复数域的位移性质（平移定理） 84

4.2.4　相似性质 85

4.2.5　原函数导数的象函数（微分定理） 85

4.2.6　原函数积分的象函数（积分定理） 86

4.2.7　终值定理 87

4.2.8　初值定理 87

4.2.9　卷积定理 88

4.3　拉氏反变换 88

4.3.1　拉氏反变换的概念 88

4.3.2　部分分式展开法 89

4.4　用拉氏变换解线性定常微分方程 92

4.5 习题 93

第5章　系统的数学模型 95

5.1 传递函数 95

5.1.1　传递函数的定义 95

5.1.2　传递函数的求法 96

5.1.3　传递函数的性质 98

5.2　典型环节的传递函数 99

5.2.1 比例环节 99

5.2.2　惯性环节 100

5.2.3　微分环节 101

5.2.4　积分环节 102

5.2.5　振荡环节 104

5.2.6　延时环节 106

5.3　系统的传递函数方框图及其简化 107

5.3.1　传递函数方框图 107

5.3.2　传递函数方框图的等效变换 110

5.3.3　直流电动机与伺服电动机的传递函数 114

5.4.1　输入量作用下系统传递函数和系统的输出 115

5.4　反馈控制系统的传递函数 115

5.4.2　扰动量作用下的闭环传递函数和系统的输出 116

5.4.3　输入量和扰动量同时作用时系统总的输出 116

5.5　典型自动控制系统的数学模型 117

5.5.1　水位控制系统 117

5.5.2　具有转速负反馈的直流调速系统 117

5.5.3　转速、电流双闭环直流调速系统 118

5.5.4　位置随动系统 118

5.6　习题 119

第6章　频率特性 121

6.1　频率特性的基本概念 121

6.1.1　频率响应与频率特性 121

6.1.2　频率特性与传递函数的关系 122

6.1.3　频率特性的求法 124

6.2　频率特性的图示方法 125

6.2.1　频率特性的极坐标图 125

6.2.2　频率特性的对数坐标图 126

6.3　最小相位系统和非最小相位系统 138

6.3.1　最小相位传递函数与最小相位系统 138

6.3.2　产生非最小相位的环节 140

6.4　系统的闭环频率特性 140

6.4.1 闭环频率特性 141

6.4.2　频率特性的特征量 142

6.5 习题 143

7.1.1　稳定的概念和定义 145

第7章 自动控制系统的稳定性分析 145

7.1　系统稳定性的初步概念 145

7.1.2　造成系统不稳定的原因 146

7.1.3　系统稳定的充要条件 146

7.2　劳斯稳定判据 147

7.3　奈奎斯特稳定判据 150

7.3.1　奈奎斯特稳定判据 151

7.3.2　奈氏判据应用举例 152

7.3.3　穿越的概念 155

7.3.4　对数频率判据 155

7.4　系统的相对稳定性 156

7.5　典型自动控制系统稳定性分析 158

7.4.1　相位裕量 158

7.4.2　幅值裕量 158

7.5.1　二阶系统的稳定性分析 159

7.5.2　典型三阶系统的稳定性分析 160

7.5.3　延迟环节对系统稳定性的影响 163

7.6 习题 165

第8章 自动控制系统的稳态性能分析 167

8.1 系统稳态误差的概念 167

8.1.1　系统的误差与偏差 167

8.1.2　误差的一般计算 168

8.2　与输入信号有关的稳态误差 169

8.2.1　跟踪稳态误差essr 169

8.1.3　系统的稳态误差和稳态偏差 169

8.2.2 essr与系统结构参数的关系 170

8.2.3 essr与r（t）之间的系统 171

8.2.4 由系统开环对数频率特性分析系统的稳态性能 173

8.3　扰动作用下的稳态误差 173

8.3.1　扰动稳态误差essd的求取 173

8.3.2　扰动稳态误差与系统结构参数间的关系 174

8.4　系统稳态性能分析举例 175

8.5 习题 178

9.1.1　控制系统典型的输入信号 180

9.1.2　瞬态响应和稳态响应 180

9.1　时间响应的概念 180

第9章　瞬态响应分析 180

9.2　一阶系统的时间响应 181

9.2.1　一阶系统的数学模型 181

9.2.2　一阶系统的单位阶跃响应 182

9.2.3　一阶系统的单位脉冲响应 183

9.2.4 响应之间的关系 184

9.3　二阶系统的时间响应 184

9.3.1 典型二阶系统的数学模型 184

9.3.2　二阶系统的单位阶跃响应 186

9.4　瞬态响应的性能指标 188

9.4.1　性能指标及其计算 188

9.4.2　二阶系统计算举例 192

9.5.1　相对谐振峰值与控制系统振荡性能指标间的关系 195

9.5　频域性能指标与时域性能指标间的关系 195

9.5.2　谐振频率及带宽与时域性能指标间的关系 197

9.5.3　相位裕量及穿越频率与时域性能指标之间的关系 199

9.6 习题 201

第10章　自动控制系统的校正 203

10.1　系统的校正 203

10.1.1　校正的含义 203

10.1.2　校正的实质 203

10.1.3　校正方式 204

10.2　串联校正 205

10.2.1　相位超前校正 206

10.2.2　相位滞后校正 209

10.2.3　相位滞后—超前校正 212

10.3　PID校正 215

10.3.1　PID控制规律分析 217

10.3.2　PID调节器的设计 220

10.4　反馈校正 223

10.4.1　反馈校正的作用 224

10.4.2　反馈校正应用举例 225

10.5 顺馈补偿 227

10.5.1　输入顺馈补偿 227

10.5.2　扰动顺馈补偿 228

10.6 习题 229

参考文献 233