第一章自动控制系统设计概述 1
1.1控制系统的类型及组成 1
1.1.1顺序控制系统 1
目 录 1
1.1.2反馈控制系统 2
1.1.3复合控制系统 2
1.2.2反馈控制系统的设计技术指标 3
16.2.4解耦方程 65 3
1.2.1 顺序控制系统的设计技术指标 3
1.2控制系统的设计技术指标 3
1.2.3复合控制系统的设计技术指标 5
1.3控制系统的设计问题 5
1.3.1 设计大纲 5
1.3.2设计步骤 6
1.3.3基本设计 7
1.3.4详细设计 9
第二章控制系统模型 10
2.1控制系统模型及其分类 10
2.1.1连续时间系统数学模型 10
2.1.2离散时间系统数学模型 10
2.1.3多变量系统数学模型及其特点 10
2.2控制系统建模与校模 13
2.2.1先验知识的利用与建模方法选择 13
2.2.2输入信号的选择 14
2.2.3 观测数据的采集和预处理 15
2.2.4阶和时延的检验 17
2.3系统模型工程确定方法 19
2.3.1 分析法 19
2.3.2时域法 21
2.3.3频域法 21
2.3.4相关分析法 24
2.4系统模型确定实例 24
3.1单回路控制系统 31
3.1.1单回路控制系统 31
第三章生产过程控制技术基础 31
3.1.2控制规律（调节规律） 35
3.1.3常用的几种PID控制规律 37
3.1.4积分饱和问题 39
3.2复合控制系统 40
3.3非线性控制系统工程设计 41
3.3.1 位式控制 41
3.3.2 Bang—Bang控制 42
3.3.3 非线性过程的非线性控制 44
3.3.4线性过程的非线性控制 47
4.1概述 51
第四章控制系统计算机辅助设计 51
4.2.1数据共享功能 53
4.2.2图形显示及绘图功能 53
4.2 CSCAD的系统功能 53
4.2.3扩展功能 54
4.2.4人—机对话功能 54
4.3 CSCAD的设计功能 55
4.3.1控制系统分析、设计功能 55
4.3.2仿真功能 55
4.3.3模型的变换、分解、合成功能 56
5.1.1可靠度、维修度、有效度 57
5.1可靠性的基本概念 57
第五章控制系统可靠性 57
5.1.2可靠度函数 58
5.1.3常用系统的可靠度 60
5.2控制系统的可靠性分析 60
5.2.1环境与失效 61
5.2.2失效模式后果致命度分析 61
5.2.3故障树分析 62
5.2.4软件故障模式分析 62
5.3可靠性设计 63
5.3.1可靠性设计的方法 63
5.3.2可靠度的分配原则 65
5.3.3可靠度优化设计 66
5.4可靠性试验及预测 66
5.4.1可靠性试验 66
5.4.2可靠性预测 67
6.1 危险环境、爆炸性气体及防爆 68
结构的分类 68
6.1.1危险环境的分类 68
6.1.2爆炸性混合物的分类 68
第六章控制系统安全保护对策 68
6.1.3防爆结构的种类 69
6.2隔爆型防爆结构 69
6.2.1隔爆型 69
6.2.3爆炸强度试验 70
6.2.5 温度试验 70
6.2.4爆炸点火试验 70
6.2.2隔爆型接合面的结构参数 70
6.3.2安全栅 71
6.3安全火花型防爆结构 71
6.3.1安全火花型 71
6.4噪声及其对策 72
6.4.1产生噪声的原因 72
6.4.2降低噪声影响的方法 73
第七章测量元件及测量电路 75
7.1过程量测量元件 75
7.1.1概述 75
7.1.2温度测量元件 75
7.1.3压力测量元件 83
7.1.4流量测量元件 90
7.1.5湿度测量元件 94
7.1.6液位测量元件 97
7.1.7密度测量元件 99
7.1.8粘度测量元件 100
7.1.9成分测量元件 101
7.2机械量测量元件 105
7.2.1 概述 105
7.2.2位移、角度测量元件 105
7.2.3速度、加速度测量元件 127
7.2.4姿态测量元件 130
7.2.5转速测量元件 134
7.2.6力应变测量元件 146
7.2.7力矩测量元件 149
7.2.8荷重测量元件 151
7.2.9厚度测量元件 155
7.3.2编码盘 157
7.3数字测量元件 157
7.3.1 概述 157
7.3.3光电码盘 158
7.3.4光栅 163
7.3.5磁尺 165
7.3.6感应同步器及测量电路 170
7.3.7细分技术 176
7.4新型测量元件 181
7.4.1固体图像器件类型及应用 181
7.4.2激光测量仪 185
7.4.3光纤传感器 187
7.4.4红外辐射传感器 192
7.5.1桥式测量电路 196
7.5测量电路 196
7.5 2脉冲型测量电路 202
第八章信号放大与变换 206
引言 206
8.1运算放大器 206
8.1.1运算放大器模型 207
8.1.2基本运算放大电路 207
8.1.3运算放大器的实际参数及减小运算放大器误差的方法 209
8.2信号放大器 212
8.2.1电压放大器 212
8.2.2电流放大器 215
8.2.3电荷放大器 216
8.3.1低通滤波器 216
8.3信号处理电路 216
8.3.2高通滤波器 218
8.3.3带通滤波器 220
8.3.4带阻滤波器（陷波滤波器） 223
8.3.5移相滤波器（全通滤波器） 225
8.3.6峰值检波器（峰值保持器） 227
8.3.7采样保持电路 228
8.3.8电压比较器 230
8.4运算电路 231
8.4.1求和放大器 231
8.4.2微分电路 232
8.4.3积分电路 233
8.4.4对数电路 234
8.4.5反对数电路 235
8.4.6乘除电路 236
8.4.7平方、开方电路 237
8.4.8绝对值电路 237
8.5变换电路 238
8.5.1 电压—电流变换电路 239
8.5.2电容—电感转换电路 239
8.5.3电容倍增电路 240
8.6.1正弦波发生器 240
8.6波形发生器 240
8.6.2方波和三角波发生器 241
8.6.4脉冲、锯齿波发生器 242
8.6.3函数发生器 242
8.6.5阶梯波发生器 246
8.7.1电压—频率、频率—电压变 248
换电路 248
8.7信号变换 248
8.7.2鉴相器 250
8.7.3调制器 252
8.7.4解调器 254
8.7 5数／模转换器 257
8.7.6模／数转换器 258
8.8.1保护电路 259
8.8电路装配技术 259
8.8.2预防噪声技术 261
8.8.3运算放大器电路中的无源元件的性能要求 264
8.9电液伺服阀 264
8.9.1电液伺服阀的功能与类型 264
8.9.2工作原理与特性 265
8.9.3电液伺服阀的性能及其规格 267
选择 267
第九章功率放大器 270
9.1概述 270
9.2功率晶体管开关放大器 270
9.2.1功率晶体管的开关特性 273
9.2.2功率晶体管的开关损耗 276
9.2.3功率晶体管脉宽调制放大器 280
9.3可控硅功率放大器 298
9.3.1 可控硅元件的特点及工作状态转换条件 298
9.3.2单相可控整流电路 299
9.3.3三相可控整流电路 307
9.3.4多相可控整流电路 316
9.3.5 可控硅功率放大器供电时直流电动机的机械特性 321
9.3.6可控硅的触发电路 323
9.3.7可控硅元件的选择 328
9.3.8可控硅的保护 329
9.3.9 可控硅的串联和并联 333
9.4液压、气动放大器 335
9.4.1液压放大元件 335
9.4.2气动放大元件 345
第十章执行元件 349
10.1直流伺服电动机 349
10.1.1直流伺服电动机的结构类型和特点 350
10.1.2直流伺服电动机的静态和动态特性及参数 358
10.2交流伺服电动机 362
10.2.1两相交流伺服电动机 363
10.2.2交流力矩电动机 372
10.2.3三相异步电动机 373
10.3步进电动机 376
10.3.1步进电动机的结构、类型、工作原理、参数和特性 376
10.3.2步进电动机的控制线路 383
10.4直线电动机 393
10.4.1直线直流电动机 394
10.4.2直线感应电动机 397
10.4.3直线步进电动机 400
10.5液压执行元件 403
10.5.1摆动液压马达 403
10.5.2液压缸 404
10.6气动执行元件 408
10.6.1气缸 408
10.6.2气动马达 410
10.6.3其他气动执行元件 411
10.7.1伺服电动机参数计算和测定 412
选择 412
10.7伺服电动机参数计算、测定和 412
10.7.2伺服电动机的选择 417
第十一章顺序控制系统 423
11.1 顺序控制系统的组成和功能 423
11.1.1顺序控制系统组成 423
11.1.2顺序控制器的功能 423
11.2顺序控制系统的逻辑运算 424
11.3逻辑电路 424
11.3.1继电器逻辑电路 424
11.3.2晶体管逻辑电路 426
11.3.3矩阵逻辑电路 427
11.4可编程序控制器 430
11.4.1 可编程序控制器的结构和功能 430
11.4.2 PC的编程 432
11.4.3用户程序编制举例 435
11.4.4 PC控制系统的设计 437
11.5顺序控制系统分类 440
11.5.1条件顺序控制系统 440
11.5.2时间顺序控制系统 441
11.5.3逻辑顺序控制系统 441
11.6顺序控制系统的设计原则及 442
过程 442
11.7顺序控制系统设计实例 444
11.7.1 电梯控制系统——条件顺序控制系统 444
11.7.2运输机的启、停控制系统——时间顺序控制系统 451
第十二章 生产过程控制系统设计 453
11.7.3钻床加工程序控制系统——逻辑顺序控制系统 453
12.1概述 455
12.1.1生产过程自动化的发展概况 455
12.1.2生产过程控制系统的组成和分类 455
12.1.3过程控制系统的性能指标 456
12.2单回路过程反馈控制系统 457
设计 457
12.2.1单回路反馈控制系统的组成 457
12.2.2对象特性对控制质量的影响 458
12.2.3控制规律的选择 459
12.2.4单回路控制系统整定 461
12.3串级控制系统 467
12.3.1串级控制系统组成 467
12.3.2串级控制系统特点 468
12.3.3串级控制系统设计原则 470
12.3.4串级控制系统主、副调节器选型 471
12.3.5串级控制系统整定 472
12.4均匀控制系统 475
12.5 比值控制系统 478
12.6分程控制系统 481
12.7 自动选择性控制系统 484
12.8前馈控制系统 486
12.9预估补偿控制系统 494
第十三章计算机控制系统 501
13.1计算机控制系统概述 501
13.1.1计算机控制系统组成及特点 501
13.1.2计算机控制系统的基本类型 502
13.2计算机控制系统的过程通道 504
13.2.1过程通道概述 504
13.2.2过程参数的采样原理 505
13.2.3数字滤波 507
13.2.4模拟量输入输出通道 508
13.2.5开关量输入输出通道 509
13.2.6脉冲输出电路 511
13.2.7过程通道中的抗干扰问题 511
13.3直接数字控制系统（DDC 511
系统） 511
13.3.1 DDC系统的组成、功能及其应用场合 511
13.3.2 DDC的基本算式 514
13.3.3 PID控制算法的参数整定 518
13.3.4 PID程序编制及程序框图 521
13.3.5 DDC串级控制系统 522
13.4 自动位置控制系统（APC） 524
13.5大纯迟后补偿控制系统 527
13.6多变量解耦控制系统 529
13.7多变量前馈控制系统 535
13.8分散型综合控制系统 542
13.8.1 概述 542
13.8.2TDCS-2000系统组成和主 544
要部件 544
13.8.3基本控制器的结构、功能和算法 547
13.8.4带上位机的分散型综合控制系统 551
14.1性能指标与控制方案 555
14.1.1性能指标 555
14.1.2控制方案 555
第十四章 伺服系统设计 555
14.2系统构成与数学描述 557
14.2.1 系统构成 557
14.2.2伺服系统的微分方程 557
14.3伺服机构特性 560
14.3.1静特性 560
14.3.2动特性 562
14.3.3过渡特性的改善 563
14.4系统设计及动态计算 564
14.4.1 伺服系统设计的一般步骤 564
14.4.2静态计算 565
14.4.3动态分析与综合 567
14.5电动伺服系统设计 583
14.5.1 方案选择 584
14.5.2 静态计算 584
14.5.3动态分析与综合 592
14.6电液伺服系统设计 596
14.6.1 电液位置伺服系统 596
14.6.2电液速度伺服系统 601
第十五章 电力拖动控制系统 603
15.1 电力拖动控制系统及其技术 603
指标 603
15.2电力拖动系统的工程设计 605
方法 605
15.2.1典型系统开环对数频率特性 605
15.2.2非典型系统的典型化 607
15.3晶闸管直流调速系统 608
15.3.1主电路 608
15.3.2单相晶闸管－直流电机调速系统 608
15.3.3多环调速系统 613
15.3.4晶闸管可逆调速系统 620
15.4异步电动机调压调速系统 626
15.5异步电动机的串级调速系统 629
第十六章飞行器模型与控制系统组成 629
16.1概述 635
16.2数学模型建立 637
16.2.1 全量方程 637
16.2.2全量方程的简化形式 647
16.2.3增量方程 650
16.3 飞行器控制系统的组成与设计要求 654
第十七章飞行器稳定回路设计 657
17.1 引言 657
17.2飞机纵向稳定系统设计 658
17.2.1 飞机纵向运动的数学模型 658
17.2.2用模态分解技术设计自动驾驶仪 658
17.3 飞行器侧向自动驾驶仪设计 665
17.4滚动自动驾驶仪设计 667
17.5舵系统设计 669
18.1 概述 671
第十八章地空导弹制导系统设计 671
18.2地空导弹的导引方法 672
18.3地空导弹控制系统分类 674
18.3.1 遥控系统 674
18.3.2 自动导引系统 676
18.4指令遥控地空导弹控制系统 677
设计 677
18.5地空导弹系统指令形成 681
第十九章反舰导弹控制系统设计 684
19.1 概述 684
19.1.1 反舰导弹的组成与分类 684
19.1.4反舰导弹的典型弹道 685
19.1.2反舰导弹的战术技术指标 685
19.1.3反舰导弹控制和飞行特点 685
19.1.5反舰导弹控制系统 686
19.2反舰导弹控制系统设计程序 687
19.3 反舰导弹的线性模型辨识 689
19.4 反舰导弹时间最优控制系统 690
设计 690
19.5反舰导弹最优状态估计器 694
设计 694
19.6反舰导弹自适应控制系统 697
设计 697
19.7反舰导弹解耦控制系统设计 702
第二十章 空空导弹控制系统设计 708
19.8反舰导弹控制系统元部件的 708
选择 708
20.1空空导弹战术技术指标 711
20.2空空导弹控制方案与控制 716
系统特点 716
20.3制导系统设计 717
20.4比例导引规律的实现 722
20.5制导精度的近似分析 726
20.6制导舱设计 730
20.7仿真技术在寻的导弹制导 733
系统设计中的应用 733
21.1.1陀螺稳定系统的类型 744
21.1陀螺稳定系统 744
第二十一章惯性系统 744
21.1.2陀螺稳定系统的应用与工程设计问题 746
21.2惯性导航系统 746
21.2.1惯性导航的基本原理 746
21.2.2惯性导航系统的类型 749
21.2.3平台式惯导系统与捷联式系统比较 751
21.2.4惯性导航系统主要指标表示法 752
21.2.5惯性导航系统的工程设计问题 753
21.3惯性制导系统 755
21.3.1 飞航式导弹惯性制导系统 755
21.3.2弹道式导弹惯性制导系统 756
21.4空间惯性系统 757
21.5惯性测量与定位系统 758
21.6惯性系统应用的新领域 760
21.6.1 基于惯性技术的新型钻井测量系统 760
21.6.2运载器的动态试验测量系统 760
21.6.3陀螺称量装置 762
21.6.4铁路轨道超高测量用陀螺平台 763
21.6.5伺服加速度计式测斜仪 764
21.6.6其他 765
附 录 766
附录Ⅰ 检测元件 766
附录Ⅱ 变换器 803
附录Ⅲ执行元件 807
参考文献 826