第1篇 自动控制原理 1
第1章 自动控制概述 1
1.1 自动控制技术及应用 1
1.2 自动控制原理的任务 1
1.3 自动控制的基本术语 1
1.4 控制系统的基本组成 2
1.5 自动控制系统的基本类型 3
1.6 自动控制系统的组成 5
1.6.1 自动控制系统基本职能元件 5
1.6.2 控制系统方框图的建立 6
1.7 自动控制系统的性能要求 7
1.8 自动控制系统实例分析 8
1.9 控制系统设计的任务、内容和步骤 13
第2章 控制系统数学模型 15
2.1 控制系统的微分方程 15
2.1.1 系统微分方程的建立 15
2.1.2 电路系统数学模型 18
2.1.3 建立微分方程的步骤 20
2.2 微分方程的线性化 20
2.3 Laplace（拉氏）变换 23
2.3.1 拉氏变换的定义 24
2.3.2 常用函数的拉氏变换 24
2.3.3 典型函数的拉氏变换 24
2.3.4 拉氏变换的基本定理 26
2.3.5 拉氏逆变换 27
2.3.6 应用拉氏变换解线性微分方程 28
2.4 传递函数 30
2.4.1 传递函数的定义 30
2.4.2 传递函数的零点与极点 31
2.4.3 传递函数的性质 32
2.5 典型环节及其传递函数 32
2.6 动态结构图 40
2.6.1 动态结构图的组成 40
2.6.2 结构图的绘制 41
2.7 动态结构图的等效变换 44
2.8 自动控制系统的传递函数 51
2.8.1 开环控制系统的传递函数 52
2.8.2 闭环系统的传递函数 52
第3章 时域分析法 54
3.1 典型输入信号 54
3.2 阶跃响应的性能指标 56
3.3 一阶系统的时域分析 57
3.3.1 一阶系统的数学模型 57
3.3.2 一阶系统的单位阶跃响应 58
3.3.3 一阶系统的单位斜坡响应 59
3.3.4 一阶系统的单位脉冲响应 59
3.3.5 一阶系统的抛物线函数（等加速函数）响应 60
3.4 二阶系统的时域分析 60
3.4.1 二阶系统的数学模型 60
3.4.2 二阶系统的工作状态 61
3.4.3 典型二阶系统的性能指标 63
3.4.4 二阶系统欠阻尼响应计算举例 65
3.5 控制系统的稳定性分析 67
3.5.1 稳定的基本概念及稳定条件 67
3.5.2 劳斯（Routh）稳定判据 69
3.5.3 应用劳斯判据确定系统稳定的参数 72
3.5.4 稳态误差 77
第4章 频率响应法 84
4.1 频率特性的基本概念 84
4.1.1 频率特性的定义 84
4.1.2 频率特性的图形表示 85
4.2 典型环节的频率特性 86
4.3 开环系统频率特性曲线的绘制 91
4.3.1 准确开环幅相频率特性曲线的绘制 91
4.3.2 开环系统的对数坐标图 91
4.4 闭环频率特性曲线的绘制 93
4.5 奈魁斯特稳定性判据 96
4.5.1 对数频率稳定判据 96
4.5.2 系统的相对稳定性 98
4.6 频域指标与时域指标的关系 100
4.6.1 二阶系统的频域指标与时域指标之间数值上的准确对应关系 100
4.6.2 高阶系统的频域指标与时域指标之间的近似关系 102
4.7 应用频率特性求稳态误差 104
第5章 线性反馈控制系统的特性设计 105
5.1 控制特性设计 105
5.2 校正方式 105
5.3 相位超前校正 106
5.4 相位滞后校正 110
5.5 串联滞后—超前校正 114
5.6 反馈校正 117
第2篇 电动机控制技术 121
第6章 电力电子器件及其基本电路 121
6.1 电力电子器件 121
6.1.1 不可控型器件—功率二极管 121
6.1.2 半可控型器件—晶闸管SCR 123
6.1.3 典型全控型器件 126
6.1.4 其他新型电力电子器件 133
6.2 基本电力电子电路 135
6.2.1 整流电路 135
6.2.2 逆变电路 147
6.2.3 直流变换电路 153
6.2.4 交流变换电路 158
第7章 直流传动与控制系统 164
7.1 直流电动机工作原理及特性 164
7.1.1 直流电动机基本结构及工作原理 164
7.1.2 直流电动机的机械特性 166
7.1.3 直流电动机调速特性 168
7.2 机电传动控制系统组成及调速方案选择 170
7.2.1 机电传动控制系统的组成 170
7.2.2 生产机械对机电传动系统技术指标的要求 172
7.2.3 机电传动控制系统方案的确定 174
7.3 晶闸管—直流电动机传动控制系统 176
7.3.1 单闭环直流调速系统 176
7.3.2 双闭环直流调速系统 181
7.3.3 可逆调速系统 183
7.4 晶体管—直流电动机脉宽调速系统 187
7.4.1 脉宽调制技术 187
7.4.2 直流电动机脉宽调速原理 189
7.4.3 集成PWM控制器 192
第8章 交流传动与控制系统 201
8.1 三相交流电机工作原理与机械特性 201
8.1.1 三相异步电动机基本结构及工作原理 201
8.1.2 三相异步电动机的机械特性 205
8.1.3 同步电动机工作原理及特性 208
8.2 三相交流电动机的调速方法及性能 210
8.2.1 异步电动机调速方法及类型 210
8.2.2 异步电动机调速性能分析 210
8.2.3 同步电动机调速性能分析 214
8.3 交流异步电动机变频调速系统 214
8.3.1 变频调速原理 215
8.3.2 变频调速装置 218
8.3.3 交流调速的脉宽调制技术 225
8.4 矢量变换控制异步电动机变频调速系统 231
8.4.1 矢量控制的基本概念 232
8.4.2 矢量控制的变频调速系统 235
8.4.3 以DSP为控制核心的数字异步电动机矢量控制系统 237
第9章 步进电动机驱动与控制系统 244
9.1 步进电动机工作原理 244
9.1.1 步进电动机的结构及工作原理 244
9.1.2 步进电动机的主要用途、特点及分类 246
9.2 步进电动机驱动与控制系统 247
9.2.1 步进电动机驱动电路的组成 247
9.2.2 步进电动机典型驱动方式 247
9.2.3 步进电动机驱动／控制集成电路 252
9.3 步进电动机微机控制系统 261
9.3.1 步进电动机的开环控制 261
9.3.2 专用大规模集成电路与微机组合控制系统 266
9.4 步进电动机的选择 272
9.4.1 步进电动机的机械驱动机构 272
9.4.2 常用机构的负载转矩和惯量计算 272
9.4.3 步进电动机选择与确认程序 274
第3篇 微型计算机控制技术及应用第10章 微机控制技术 275
10.1 微机控制系统概述 275
10.1.1 微机控制系统的一般概念 275
10.1.2 微机控制系统的分类 277
10.1.3 微机控制系统的发展趋势 278
10.2 微机控制系统的控制策略 279
10.2.1 数字滤波和数据处理 279
10.2.2 数字PID控制技术 280
10.2.3 顺序控制技术与数字控制技术 281
10.3 微机控制系统的通信及网络 281
10.3.1 串行通信 281
10.3.2 差错控制 281
10.3.3 控制网络与现场总线 282
10.4 微机控制系统的设计及应用 282
10.4.1 微机控制系统的设计原则和步骤 282
10.4.2 微机控制系统的抗干扰与可靠性技术 283
第11章 可编程控制器控制技术及应用 285
11.1 PLC控制系统概述 285
11.1.1 PLC控制系统的特点 285
11.1.2 PLC控制系统硬件组成 285
11.1.3 PLC控制系统软件组成 287
11.1.4 国内外PLC产品介绍及PLC的发展趋势 289
11.2 可编程序控制器硬件系统配置 289
11.2.1 S7-200系列PLC基本模块介绍及选择 290
11.2.2 S7-200 PLC系统内部资源 292
11.2.3 可编程控制器的工作原理 295
11.3 可编程序控制器应用软件技术 296
11.3.1 S7-200 PLC的编程语言及程序结构 296
11.3.2 S7-200 PLC的指令系统 297
11.4 可编程序控制器应用系统设计 313
11.4.1 PLC应用系统设计的内容和步骤 313
11.4.2 PLC应用系统的硬件设计 315
11.4.3 PLC应用系统的软件设计 316
11.5 可编程序控制器系统应用实例 318
11.5.1 异步电动机的控制 318
11.5.2 PLC在工业机械手控制中的应用 320
11.5.3 PLC全自动洗衣机控制系统中的应用 323
第12章 单片机控制技术及应用 327
12.1 单片机控制系统的概念 327
12.1.1 单片机控制系统的发展概况 327
12.1.2 单片机控制系统的组成 327
12.1.3 单片机控制系统的结构和原理 328
12.2 单片机硬件系统配置 329
12.2.1 MCS-51系列8位单片机 329
12.3 单片机的指令系统及编程 334
12.3.1 MCS-51系列单片机指令系统 334
12.4 单片机控制系统设计应用实例 345
12.4.1 单片机接口技术在机电控制系统中的典型应用 345
12.4.2 油井电动机无定时自动控制器的设计 352
12.5 MCS-96单片机的硬件结构与指令系统 355
12.5.1 MCS-96系列单片机的主要性能与特点 356
12.5.2 MCS-96单片机的组成和原理 356
12.5.3 A/D转换器和脉宽调制输出器PWM 360
12.5.4 MCS-96单片机的指令系统概述 361
12.5.5 编程举例 362
参考文献 364