第1章 控制原理实验研究 1
1.1控制原理实验分析方法 2
1.1.1控制系统测量分析方法 2
1.1.2控制原理模拟研究方法 10
1.2控制原理模拟实验 17
1.2.1典型环节的模拟与参数测量 17
1.2.2控制系统的稳定性分析 19
1.2.3控制系统稳态误差研究 20
1.2.4频率特性的测试 22
1.2.5控制系统串联校正分析 23
1.2.6串联校正环节设计 24
1.2.7非线性系统的相平面法研究 26
1.2.8非线性系统的描述函数法研究 27
1.2.9状态反馈的设计与实现 29
1.2.10状态观测器的研究 30
第2章 计算机控制系统设计 33
2.1.1计算机控制系统组成 34
2.1.2直流伺服电动机的控制原理及数学建模 34
2.1计算机控制技术 34
2.1.3步进电机的控制原理 35
2.2计算机控制系统实验平台 37
2.2.1 AEDK-JDK机电实验平台硬件 37
2.2.2 AEDK-JDK实验平台软件设计 41
2.3计算机控制系统实验 52
2.3.1直流电动机速度调节和方向控制实验 52
2.3.2步进电动机基本原理实验 53
2.3.3步进电动机速度调节和方向控制实验 54
2.3.4反馈信号测量实验 55
2.3.5实验平台I/O测试实验 56
2.4 S7-200PLC及其指令 56
2.4.1S7-200 PLC硬件系统 57
2.4.2 S7-200 PLC的基本指令 63
2.4.3 S7-200系列PLC的特殊功能寄存器 65
2.5 PLC控制系统设计 81
2.5.1 PLC控制系统设计步骤及内容 81
2.5.2 PLC程序设计的常用方法 83
2.5.3常用基本环节编程 84
2.5.4设计举例——液体混合装置的PLC控制系统设计 88
2.6.1软件功能 92
2.6 STEP7-Micro/WIN32编程软件介绍 92
2.6.2编程 95
2.6.3调试及运行监控 98
2.7可编程控制器实验 101
2.7.1 PLC2000B型可编程控制实验箱 101
2.7.2基本指令的编程练习实验 103
2.7.3 LED数码显示实验 104
2.7.4液体混合装置控制的模拟实验 106
2.7.5四节传送带的模拟实验 107
2.7.6电梯控制系统的模拟实验 108
第3章 过程控制系统设计与实验 111
3.1 AE2000A过程控制系统 112
3.1.1 AE2000A系统实验对象组成结构 112
3.1.2仪表过程控制系统组成结构 115
3.1.3计算机过程控制系统组成结构 118
3.1.4可编程逻辑控制器过程控制系统组成结构 121
3.2过程控制系统设计与实验 122
3.2.1一阶单容上水箱对象特性测试实验 122
3.2.2二阶双容下水箱对象特性测试实验 125
3.2.3上水箱液位PID整定实验 127
3.2.4锅炉内胆温度二位式控制实验 131
3.2.5锅炉内胆温度PID控制实验（动态） 132
3.2.6流量PID整定实验 134
3.2.7电磁和涡轮流量计流量比值控制实验 136
3.2.8上水箱下水箱液位串级控制实验 137
3.2.9串接双容下水箱液位PID整定实验 139
3.3过程控制系统监控软件设计 140
3.3.1 MCGS组态软件的功能和系统构成 141
3.3.2 MCGS组态软件的安装运行 142
3.3.3 MCGS组态软件的组态过程 144
3.3.4制作工程画面 145
3.3.5 MCGS组态软件的动画连接 148
3.3.6 MCGS组态软件的报警显示、报表输出和曲线显示 152
3.3.7 MCGS组态软件的安全机制 154
3.3.8 MCGS组态软件的系统设备使用说明 155
第4章 控制系统计算机辅助分析与设计 159
4.1仿真软件MATLAB 160
4.1.1MATLAB的基本操作 160
4.1.2MATLAB的数值运算 162
4.1.3 MATLAB的绘图功能 170
4.2.1控制系统模型的基本描述方法 171
4.2控制系统的数学模型及其转换 171
4.2.2控制系统模型间的互相转换 174
4.2.3控制系统模型的连接 175
4.3控制系统计算机辅助分析 177
4.3.1控制系统的稳定性分析 177
4.3.2控制系统的时域分析 179
4.3.3根轨迹分析 181
4.3.4控制系统频域分析 183
4.3.5控制系统的能控性和能观测性分析 185
4.4.1控制系统串联校正设计 186
4.4控制系统计算机辅助设计 186
4.4.2状态反馈和状态观测器设计 188
4.4.3最优控制系统设计 190
4.4.4基于MATLAB工具箱的控制系统设计 191
4.5动态仿真集成环境Simulink 198
4.5.1控制系统模型构造 198
4.5.2连续系统数字仿真 203
4.5.3 Simulink的扩展工具——S函数 204
第5章 控制系统设计实践 211
5.1.1引言 212
5.1控制系统设计概论 212
5.1.2控制系统的类型及组成 213
5.1.3控制系统设计的一般步骤 215
5.1.4控制系统的性能指标 216
5.1.5控制系统典型部件 218
5.1.6控制系统建模方法 220
5.1.7基本控制作用 222
5.1.8控制系统设计与工程实现 223
5.2.2随动系统基本原理 227
5.2.1概述 227
5.2经典控制系统——随动控制系统设计 227
5.2.3典型位置随动系统介绍 228
5.2.4直流小功率位置随动系统设计 230
5.3电气传动系统——调速控制系统设计 235
5.3.1概述 235
5.3.2调速系统的性能指标 236
5.3.3直流调速系统 237
5.3.4交流调速系统 241
5.3.5调速系统机械结构方面的若干问题 242
5.3.6小功率直流调速系统设计 243
5.4不稳定系统——磁悬浮球控制系统设计 244
5.4.1概述 244
5.4.2结构原理 244
5.4.3电磁铁—小球系统数学模型 245
5.4.4磁悬浮球控制系统分析与设计 247
5.4.5磁悬浮球控制系统设计实验 248
5.5运动控制系统——四轴运动控制演示平台实验研究 253
5.5.1概述 253
5.5.2四轴运动控制演示平台 253
5.5.3 GT-400运动控制器 254
5.5.4系统硬件连接 260
5.5.5运动控制器编程 260
5.6机电一体化——XY运动平台控制系统设计 273
5.6.1概述 273
5.6.2 XY运动平台控制系统介绍 274
5.6.3 XY运动平台控制系统设计 277
5.7非线性系统——球杆控制系统设计 281
5.7.1概述 281
5.7.2球杆控制系统结构组成与工作原理 281
5.7.3球杆系统数学模型 283
5.7.4球杆控制系统设计 285
5.8非线性自然不稳定系统——倒立摆控制系统设计 287
5.8.1概述 287
5.8.2倒立摆控制系统的组成与工作原理 287
5.8.3倒立摆系统的数学模型 288
5.8.4倒立摆系统的控制 291
5.8.5倒立摆控制系统设计 294
5.9冗余协调机器人——两自由度冗余并联机械臂控制系统设计 294
5.9.1概述 294
5.9.2冗余并联机械臂系统构成与原理 295
5.9.3 GPM并联机构运动学 296
5.9.4 GPM并联机构运动规划与控制 298
5.9.5实验注意事项 299
5.10复杂MIMO系统——双旋翼控制系统设计 299
5.10.1概述 299
5.10.2双旋翼系统的组成和工作原理 299
5.10.3双旋翼系统的数学模型 300
5.10.4双旋翼系统的姿态控制 306
参考文献 308