第1章 控制系统概述 1
1.1 控制系统 1
1.1.1 概述和背景 1
1.1.2 开环控制系统 3
1.1.3 闭环控制系统 4
1.1.4 传递函数 5
1.2 模拟和数字控制器 8
1.3 控制系统的分类 9
1.3.1 过程控制 9
1.3.2 运动控制 13
第2章 基于微处理器控制的介绍 18
2.1 微处理器系统硬件概述 19
2.2 微处理器工作原理 22
2.3 微处理器控制器的接口连接 23
2.3.1 并行接口 23
2.3.2 串行接口 29
2.4 控制器的编程 32
2.5 基于微处理器的控制器 33
2.5.1 单片机（微控制器） 33
2.5.2 单板计算机 35
2.5.3 数字“面板安装”控制器面板 36
2.5.4 可编程逻辑控制器 36
2.5.5 PC机在控制系统中的应用 36
第3章 运算放大器和信号调节 41
3.1 运算放大器 42
3.1.1 简介 42
3.1.2 电压跟随器 46
3.1.3 反相放大器 49
3.1.4 同相放大器 50
3.1.5 加法器 52
3.1.6 差分放大器和仪器放大器 54
3.1.7 积分器和微分器 57
3.1.8 分贝（db） 59
3.1.9 有源滤波器 61
3.1.10 比较器 63
3.2 专用接口电路 65
3.2.1 电流环（电压-电流转换器） 66
3.2.2 模拟开关电路 68
3.2.3 采样保持电路 70
3.3 信号传输 71
3.3.1 接大地和接地环路 71
3.3.2 隔离电路 73
3.3.3 屏蔽 75
3.3.4 屏蔽接地需要考虑的事项 76
3.3.5 实际配线需要考虑的事项 77
第4章 开关、继电器及功率控制半导体器件 85
4.1 开关 85
4.1. 1 拨动开关 85
4.1.2 按钮式开关 87
4.1.3 其他开关类型 88
4.2 继电器 91
4.2.1 机电继电器 91
4.2.2 固态继电器 94
4.3 功率晶体管 95
4.3.1 双极型晶体管 95
4.3.2 场效应管 102
4.3.3 绝缘栅双极型晶体管 104
4.4 可控硅整流器 106
4.5 双向晶闸管 111
4.5.1 延迟和导通周期的计算 114
4.6 触发器件 115
4.6.1 单结晶体管 115
4.6.2 可编程单结晶体管 115
4.6.3 二端交流开关元件 116
第5章 机械系统 121
5.1 机械零部件的力学性能 122
5.1.1 总论 122
5.1.2 摩擦 122
5.1.3 弹簧 125
5.1.4 质量和惯性 127
5.1.5 线性运动系统的基本运动方程 129
5.1.6 旋转运动系统的基本运动公式 132
5.1.7 杠杆 134
5.2 能量 137
5.2.1 能量转换 137
5.2.2 热传导 139
5.3 整个机械系统的响应 141
5.3.1 欠阻尼、临界阻尼和过阻尼机械系统 141
5.3.2 机械共振 143
5.4 齿轮 146
5.4.1 直齿轮 146
5.4.2 使用齿轮传动改变转速 148
5.4.3 使用齿轮传递功率 152
5.4.4 长距离轮系 154
5.4.5 蜗轮蜗杆传动 154
5.4.6 谐波齿轮传动 155
5.4.7 差速齿轮系 156
5.5 离合器和制动器 156
5.5.1 离合器 156
5.5.2 制动器 157
5.6 其他动力传递技术 159
5.6.1 带传动 159
5.6.2 滚子链 162
第6章 传感器 167
6.1 位置传感器 168
6.1.1 电位计 168
6.1.2 光学旋转编码器 176
6.1.3 线性可变差动变压器 182
6.2 角速度传感器 184
6.2.1 采用位置传感器获得速度 184
6.2.2 转速表 186
6.3 接近式传感器 189
6.3.1 限位开关 189
6.3.2 光学接近传感器 190
6.3.3 商用光电传感器 191
6.3.4 超声波接近传感器 194
6.3.5 电感式接近传感器 195
6.3.6 霍尔效应接近传感器 196
6.4 负荷和力传感器 198
6.4.1 粘贴丝式应变器 198
6.4.2 半导体压力传感器 202
6.4.3 其他力传感器 203
6.5 压力传感器 204
6.5.1 波登管 205
6.5.2 膜盒 205
6.5.3 半导体压力传感器 206
6.6 温度传感器 207
6.6.1 双金属温度传感器 207
6.6.2 热电偶 207
6.6.3 热电阻检测器 211
6.6.4 热敏电阻 211
6.6.5 集成温度传感器 212
6.7 流量传感器 215
6.7.1 压力型流量传感器 215
6.7.2 涡流流量传感器 217
6.7.3 超声波流量计 217
6.7.4 电磁流量计 218
6.8 液位传感器 219
6.8.1 离散液位检测器 219
6.8.2 连续液位检测器 219
6.9 视频传感器及系统 221
6.9.1 工业用视频传感器系统 224
第7章 直流电动机 230
7.1 工作原理 230
7.2 绕线式直流电动机 234
7.2.1 串励电动机 235
7.2.2 并励电动机 237
7.2.3 复励电动机 238
7.3 永磁电动机 239
7.3.1 转矩与转速的关系 240
7.3.2 电动机的电路模型（可选） 244
7.4 直流电动机控制电路 245
7.4.1 直流电动机控制的模拟驱动 246
7.4.2 永磁电动机的双向旋转 248
7.4.3 直流电动机的脉宽调制 251
7.4.4 PWM控制电路 253
7.4.5 大型电动机的直流电机控制 255
7.4.6 直流电动机制动 258
7.5 小型直流电动机的综合应用 259
7.6 无电刷直流电动机 261
第8章 步进电动机 267
8.1 永磁式步进电动机 268
8.1.1 负载对步进电机的影响 268
8.1.2 工作模式 270
8.1.3 永磁式步进电动机的励磁模式 272
8.1.4 四相（单极）步进电动机 274
8.1.5 有效的永磁步进电动机 277
8.2 变磁阻式步进电动机 277
8.3 混合式步进电动机 278
8.4 步进电动机的控制电路 280
8.4.1 控制两相步进电动机 281
8.4.2 控制四相步进电动机 282
8.4.3 微步步进 284
8.4.4 高步进速率情况下改进转矩 284
8.5 步进电动机的应用：磁盘驱动头的定位 287
第9章 交流电动机 292
9.1 交流电源 293
9.1.1 背景 293
9.1.2 单相交流电 293
9.1.3 三相交流电 295
9.1.4 电气安全 296
9.1.5 接地故障断路器 298
9.2 感应电动机 299
9.2.1 工作原理 299
9.2.2 单相电动机 304
9.2.3 三相电动机 306
9.2.4 裂相控制电动机 307
9.2.5 交流伺服电动机 308
9.3 同步电动机 309
9.3.1 工作原理 309
9.3.2 功率因数校正和同步电动机 310
9.3.3 小型同步电动机 310
9.4 通用电动机 311
9.5 交流电动机控制 312
9.5.1 启停控制 312
9.5.2 微动 314
9.5.3 降压启动 315
9.5.4 电动机的变速控制 316
9.5.5 变频（V/Hz）驱动 316
9.5.6 矢量驱动 318
第10章 执行机构：电动、液压和气动执行机构 322
10.1 电动线性执行机构 323
10.1.1 丝杠线性执行机构 323
10.1.2 螺线管 325
10.1.3 直线电机 327
10.2 液压系统 330
10.2.1 液压的基本原理 331
10.2.2 液压泵 333
10.2.3 液压执行元件 334
10.2.4 压力控制阀 336
10.2.5 蓄能器 337
10.2.6 方向控制阀 338
10.3 气压系统 340
10.3.1 压缩机、干燥器和储气罐 341
10.3.2 调压阀 342
10.3.3 气动控制阀 343
10.3.4 气动执行机构 343
10.4 流量控制阀 345
第11章 反馈控制原理 349
11.1 性能指标 351
11.2 开关控制器 352
11.2.1 双位控制 352
11.2.2 三位控制 353
11.3 比例控制 354
11.3.1 稳态误差问题 357
11.3.2 重力问题 359
11.3.3 偏差 361
11.3.4 模拟比例控制器 362
11.4 积分控制 363
11.5 微分控制 366
11.6 比例＋积分＋微分控制 368
11.6.1 模拟PID控制器 369
11.6.2 数字PID控制器 371
11.6.3 稳定性 372
11.6.4 PID控制器整定 376
11.6.5 采样率 380
11.6.6 自整定 381
11.7 串级控制 381
11.8 PIP控制器 382
11.9 模糊逻辑控制器 384
11.9.1 介绍 384
11.9.2 单输入系统的例子 386
11.9.3 双输入系统的例子 388
11.9.4 结束语 390
第12章 继电器逻辑、可编程逻辑控制器和运动控制器 396
12.1 继电器逻辑控制 397
12.1.1 继电器逻辑 397
12.1.2 梯形图 398
12.1.3 定时器、计数器和序列发生器 401
12.2 可编程逻辑控制器 404
12.2.1 简介 404
12.2.2 PLC设置步骤 408
12.2.3 PLC的运行过程 408
12.3 PLC的编程 411
12.3.1 梯形图编程 411
12.3.2 其他PLC编程语言 424
12.4 PLC和网络 425
12.5 运动控制器 429
附录A J型热电偶表格（华氏和摄氏温度） 436
附录B APS开始学习指南和RS Logix 500 439
附录C 术语表 459
附录D 奇数练习题的答案 484