上篇 自动控制原理 1
第1章 自动控制的一般概念 1
1.1 概述 1
1.2 自动控制与自动控制系统 3
1.2.1 自动控制系统的基本原理和基本概念 3
1.2.2 自动控制的基本方式 5
1.3 自动控制系统的分类 8
1.4 对控制系统的基本要求 9
1.5 本课程的基本任务 10
本章小结 11
习题与思考题 11
第2章 自动控制系统的数学模型 13
2.1 控制系统的微分方程 13
2.1.1 控制系统微分方程的建立 14
2.1.2 控制系统微分方程的求解 15
2.2 控制系统的传递函数 17
2.2.1 传递函数的定义 17
2.2.2 传递函数的求取 18
2.2.3 传递函数的性质 19
2.3 控制系统的动态结构图 19
2.3.1 动态结构图的组成与画法 19
2.3.2 动态结构图的等效变换及化简 21
2.4 典型环节的数学模型与典型系统的传递函数 28
2.4.1 典型环节的数学模型 28
2.4.2 典型系统的传递函数 30
本章小结 32
习题与思考题 33
第3章 自动控制系统的时域分析法 37
3.1 典型输入信号及其时间响应和时域性能指标 37
3.1.1 典型输入信号及其时间响应 37
3.1.2 单位阶跃响应的时域性能指标 40
3.2 自动控制系统动态性能的时域分析 41
3.2.1 一阶系统的时域分析 41
3.2.2 二阶系统的时域分析 43
3.3 自动控制系统稳定性的时域分析 48
3.3.1 系统稳定性的基本概念 48
3.3.2 控制系统稳定性的代数判据 51
3.4 自动控制系统的稳态误差分析 53
3.4.1 系统误差与稳态误差 53
3.4.2 系统的稳态误差计算 55
本章小结 59
习题与思考题 60
第4章 自动控制系统的频率分析法 63
4.1 频率特性的基本概念 63
4.1.1 频率特性的定义 63
4.1.2 频率特性的表示方法 65
4.2 典型环节和开环系统的频率特性 70
4.2.1 典型环节的频率特性 70
4.2.2 开环系统的频率特性 76
4.3 自动控制系统的频率特性分析 79
4.3.1 用频率特性分析系统的稳定性 79
4.3.2 系统开环频率特性与系统闭环阶跃响应的关系 85
本章小结 88
习题与思考题 88
第5章 自动控制系统的校正 92
5.1 自动控制系统校正的基本概念 92
5.1.1 自动控制系统校正的方式 92
5.1.2 自动控制系统的性能指标 93
5.1.3 线性系统的基本控制规律 94
5.2 自动控制系统校正的基本方法 96
5.2.1 校正装置的类型 96
5.2.2 串联校正 98
5.2.3 反馈校正 102
5.2.4 复合校正 104
5.3 自动控制系统的一般设计方法 106
5.3.1 自动控制系统设计的基本步骤 106
5.3.2 自动控制系统固有部分开环频率特性的确定 107
5.3.3 自动控制系统预期开环对数频率特性的确定 108
5.3.4 自动控制系统校正环节频率特性的确定 108
5.3.5 自动控制系统校正示例 108
本章小结 110
习题与思考题 111
第6章 MATLAB仿真软件简介 112
6.1 MATLAB软件简介 112
6.1.1 MATLAB概述 112
6.1.2 MATLAB的安装、启动与退出 113
6.2 MATLAB软件的命令窗口 115
6.2.1 MATLAB命令窗口的菜单栏 115
6.2.2 MATLAB命令窗口的工具栏 118
6.2.3 MATLAB命令窗口的命令编辑区 119
6.3 MATLAB中的命令函数和M文件 120
6.4 MATLAB中的变量和语句 120
6.5 MATLAB中的运算符 120
6.5.1 算术运算符 121
6.5.2 关系运算符 122
6.5.3 逻辑运算符 123
6.6 用MATLAB绘制响应曲线 123
6.6.1 plot函数 124
6.6.2 图形标记 125
6.6.3 subplot函数 126
6.6.4 多窗口绘图 127
6.7 Simulink简介 128
6.7.1 Simulink仿真模型的建立 129
6.7.2 Simulink仿真的基本操作 130
本章小结 131
习题与思考题 132
第7章 数学模型的MATLAB在自动控制系统中的简单应用 133
7.1 数学模型的MATLAB表示 133
7.1.1 有理函数形式的传递函数模型表示 133
7.1.2 零极点形式的传递函数模型表示 133
7.2 数学模型的MATLAB变换 135
7.2.1 数学模型结构的等效变换 135
7.2.2 不同模型对象间的等效变换 135
7.3 动态性能的MATLAB分析 136
7.3.1 闭环阶跃响应分析 136
7.3.2 开环Bode图分析 139
7.4 MATLAB在系统校正中的应用 140
本章小结 143
习题与思考题 144
下篇 自动控制系统 145
第8章 单闭环直流调速系统 145
8.1 直流调速系统概述 145
8.1.1 直流调速系统的基本概念 145
8.1.2 晶闸管直流调速系统的一般概念 149
8.2 单闭环直流调速系统 152
8.2.1 有静差单闭环直流调速系统 152
8.2.2 无静差单闭环直流调速系统 155
8.2.3 其他单闭环直流调速系统 156
8.2.4 直流调速系统的检测装置 159
8.3 单闭环直流调速系统实例分析 161
8.3.1 技术数据、技术指标和结构特点 161
8.3.2 系统的定性分析 161
本章小结 166
习题与思考题 166
第9章 转速、电流双闭环直流调速系统 168
9.1 转速、电流双闭环调速系统 168
9.2 双闭环调速系统的动态性能 171
9.3 双闭环调速系统工程设计方法 173
9.4 双闭环调速系统实例分析 184
本章小结 190
习题与思考题 191
第10章 可逆直流调速系统 194
10.1 实现可逆运行的电路 194
10.1.1 电枢反接可逆线路 194
10.1.2 励磁反接可逆线路 195
10.1.3 电枢反接和励磁反接两种可逆调速系统性能比较 196
10.1.4 可逆调速系统的四种工作状态 196
10.2 可逆系统中的环流 198
10.2.1 环流的利弊及种类 198
10.2.2 环流的抑制措施 198
10.3 自然环流可逆调速系统 201
10.3.1 系统的组成特点与工作原理 201
10.3.2 系统制动过程分析 202
10.4 可控环流可逆调速系统 206
10.4.1 系统的组成特点与工作原理 207
10.4.2 可控环流大小的确定 207
10.5 逻辑无环流可逆调速系统实例分析 209
10.5.1 逻辑控制无环流可逆调速系统的组成 209
10.5.2 逻辑控制无环流可逆调速系统的工作原理 210
本章小结 211
习题与思考题 213
第11章 直流脉宽调速系统 214
11.1 脉宽调制的基本原理 214
11.1.1 脉宽调速基本原理 214
11.1.2 不可逆PWM变换器 215
11.1.3 可逆PWM变换器 218
11.2 直流脉宽调速系统的控制电路 220
11.2.1 脉冲宽度调制器 221
11.2.2 延时环节 222
11.2.3 基极驱动器 222
11.3 直流脉宽调速系统实例分析 223
本章小结 224
习题与思考题 225
第12章 位置随动控制系统 226
12.1 概述 226
12.1.1 位置随动系统的组成及工作原理 226
12.1.2 位置随动系统的特点 227
12.1.3 位置随动系统的基本类型 227
12.2 位置的检测装置 228
12.2.1 自整角机 228
12.2.2 旋转变压器 229
12.2.3 感应同步器 231
12.2.4 光栅 233
12.2.5 光电编码盘 235
12.3 位置随动系统的控制方案和控制性能 236
12.3.1 位置随动系统的控制方案 236
12.3.2 位置随动系统的控制性能分析 237
12.4 数控机床的伺服系统实例分析 242
12.4.1 直流位置随动系统的组成 242
12.4.2 微机与L290/1/2组成的直流位置随动系统的工作原理 244
12.4.3 基于单片机8031控制的直流伺服系统 246
12.5 位置随动系统的特殊问题 247
本章小结 250
习题与思考题 250
第13章 转差功率消耗型调速系统——异步电动机调压调速系统 252
13.1 概述 252
13.2 调压调速系统基本概念 254
13.3 调压调速系统 255
13.4 利用电动机的自身结构调速 259
13.5 异步电动机调压调速系统实例分析 261
本章小结 271
习题与思考题 272
第14章 转差功率回馈型调速系统——异步电动机串级调速系统 273
14.1 串级调速原理 273
14.2 能量传递关系及串级调速系统分类 274
14.2.1 能量传递关系 274
14.2.2 串级调速系统的分类 276
14.3 串级调速系统基本特性 277
14.3.1 机械特性 277
14.3.2 串级调速系统的功率因数 278
14.3.3 串级调速系统的效率 279
14.4 具有双闭环控制的串级调速系统实例分析 278
14.4.1 双闭环控制的串级调速系统 279
14.4.2 斩波控制串级调速系统 280
14.5 双馈串级调速系统实例分析 281
本章小结 282
习题与思考题 282
第15章 转差功率不变型调速系统——异步电动机串级调速系统 283
15.1 变频调速原理 283
15.2 变频调速的基本控制方式和机械特性 283
15.2.1 变频调速的基本控制方式 283
15.2.2 变频调速的机械特性 284
15.3 变压变频装置及其基本控制方式 285
15.3.1 间接变频装置（交—直—交变频装置） 285
15.3.2 直接变频装置（交—交变频装置） 286
15.3.3 电压源型和电流源型变压变频装置 288
15.4 SPWM变压变频器 288
15.4.1 基本概念 288
15.4.2 SPWM逆变器的工作原理 289
15.4.3 SPWM逆变器的调制方式 291
15.4.4 SPWM的实现方法 291
15.4.5 SPWM专用集成电路简介 294
15.5 变频调速系统控制方式 294
15.5.1 U/f控制 294
15.5.2 转差频率控制 298
15.5.3 矢量控制 300
15.6 SPWM变压变频系统实例分析 301
15.6.1 采用微机控制的SPWM变压变频器调速系统 301
15.6.2 采用通用变频器控制的异步电动机调速系统 302
15.6.3 微机控制的SPWM交流变频调速系统 303
15.6.4 系统工作原理 303
本章小结 304
习题与思考题 304
附录A 自动控制理论实验指导书 305
附录B 拉普拉斯变换及线性微分方程求解 319
附录C 部分习题与思考题参考答案 329
参考书目 347