自動控制技術及應用（第2版）

單元1 自動控制系統(tǒng)基礎 1
教學導航 1
1.1 自動控制的概念及發(fā)展 2
1.1.1 自動控制的基本概念 2
1.1.2 自動控制的發(fā)展階段 3
1.2 自動控制系統(tǒng)的組成與控制方式 4
1.2.1 自動控制系統(tǒng)的組成框圖 4
1.2.2 自動控制系統(tǒng)組成框圖繪制 5
1.2.3 自動控制系統(tǒng)的控制方式 7
技能訓練1 單閉環(huán)有靜差直流調速系統(tǒng)組成框圖繪制 8
1.3 自動控制系統(tǒng)的分類 9
1.4 自動控制系統(tǒng)的性能及分析方法 10
1.4.1 自動控制系統(tǒng)的性能要求 10
1.4.2 自動控制系統(tǒng)的性能分析方法 11
1.5 MATLAB應用基礎 12
1.5.1 MATLAB工作環(huán)境 12
1.5.2 m文件 13
1.5.3 MATLAB基本語句結構 15
1.5.4 MATLAB的運算 16
1.5.5 MATLAB二維圖形繪制 19
知識梳理與總結 21
思考與練習題1 22
單元2 自動控制系統(tǒng)數(shù)學模型建立 24
教學導航 24
2.1 拉氏變換及其應用 25
2.1.1 拉氏變換定義 25
2.1.2 常用函數(shù)的拉氏變換 25
2.1.3 拉氏變換的運算定理 27
2.1.4 拉氏反變換 30
2.1.5 應用拉氏變換求解微分方程 32
2.2 時域數(shù)學模型―微分方程 33
2.2.1 自動控制系統(tǒng)微分方程的建立 33
2.2.2 運動的模態(tài) 35
2.3 復域數(shù)學模型―傳遞函數(shù) 36
2.3.1 傳遞函數(shù)的定義和性質 36
2.3.2 傳遞函數(shù)的求取 37
技能訓練2 用MATLAB建立傳遞函數(shù)參數(shù)模型 40
2.3.3 典型環(huán)節(jié)的數(shù)學模型 42
技能訓練3 自動控制系統(tǒng)典型環(huán)節(jié)的模擬與測試 48
2.4 自動控制系統(tǒng)的方框圖 50
2.4.1 方框圖的組成與建立 50
2.4.2 有關方框圖的幾個概念 53
2.4.3 方框圖的等效變換與簡化 53
2.4.4 梅遜公式 56
技能訓練4 基于MATLAB的模型等效變換與簡化 57
2.5 反饋控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù) 61
2.5.1 系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù) 62
2.5.2 系統(tǒng)的誤差傳遞函數(shù) 62
技能訓練5 單閉環(huán)直流調速系統(tǒng)數(shù)學模型建立 63
2.6 Simulink建立系統(tǒng)模型及數(shù)字仿真 66
2.6.1 Simulink啟動及模塊庫 67
2.6.2 使用Simulink建立系統(tǒng)方框圖模型 69
2.6.3 利用Simulink進行數(shù)字仿真 70
知識梳理與總結 74
思考與練習題2 75
單元3 自動控制系統(tǒng)時域分析法 79
教學導航 79
3.1 系統(tǒng)的時間響應與性能指標 80
3.1.1 自動控制系統(tǒng)的時間響應 80
3.1.2 自動控制系統(tǒng)的性能指標 80
技能訓練6 基于MATLAB的系統(tǒng)單位階躍響應分析 82
3.2 一階系統(tǒng)的動態(tài)性能分析 85
3.2.1 一階系統(tǒng)的數(shù)學模型 85
3.2.2 一階系統(tǒng)的單位階躍響應及動態(tài)性能指標 85
3.3 二階系統(tǒng)的動態(tài)性能分析 87
3.3.1 二階系統(tǒng)的數(shù)學模型 87
3.3.2 二階系統(tǒng)的單位階躍響應 88
3.3.3 欠阻尼二階系統(tǒng)的動態(tài)性能指標 90
3.3.4 二階系統(tǒng)性能的改善 93
技能訓練7 典型二階系統(tǒng)模擬電路及性能分析測試 94
3.4 高階系統(tǒng)動態(tài)性能分析 96
技能訓練8 基于MATLAB的高階系統(tǒng)動態(tài)性能分析 98
3.5 線性系統(tǒng)穩(wěn)定性分析 101
3.5.1 穩(wěn)定性的基本概念 101
3.5.2 線性系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件 102
3.5.3 勞斯穩(wěn)定判據 103
3.5.4 利用MATLAB分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性 106
技能訓練9 三階系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 109
3.6 線性系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能分析 112
3.6.1 誤差與穩(wěn)態(tài)誤差 112
3.6.2 系統(tǒng)型別 113
3.6.3 給定輸入信號作用下的穩(wěn)態(tài)誤差計算 114
3.6.4 擾動輸入信號作用下的穩(wěn)態(tài)誤差計算 117
技能訓練10 基于Simulink系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差分析 119
技能訓練11 轉速負反饋有靜差直流調速系統(tǒng)性能分析 120
技能訓練12 調速系統(tǒng)的分析、調試與維護 122
知識梳理與總結 124
思考與練習題3 125
單元4 自動控制系統(tǒng)頻域分析法 128
教學導航 128
4.1 頻率特性基本概念 129
4.1.1 頻率特性定義 129
4.1.2 頻率特性與傳遞函數(shù)的關系 130
4.1.3 頻率特性的數(shù)學表示法 130
4.1.4 頻率特性的圖形表示法 131
4.2 典型環(huán)節(jié)頻率特性 133
4.2.1 比例環(huán)節(jié)頻率特性 133
4.2.2 積分環(huán)節(jié)頻率特性 134
4.2.3 微分環(huán)節(jié)頻率特性 135
4.2.4 慣性環(huán)節(jié)頻率特性 135
4.2.5 比例-微分環(huán)節(jié)頻率特性 137
4.2.6 振蕩環(huán)節(jié)頻率特性 138
4.2.7 延遲環(huán)節(jié)頻率特性 140
技能訓練13 典型環(huán)節(jié)頻率特性測試 141
4.3 開環(huán)幅相頻率特性曲線繪制 143
4.4 開環(huán)對數(shù)頻率特性曲線繪制 146
4.4.1 疊加法繪制 146
4.4.2 直接法繪制 148
4.4.3 小相位系統(tǒng) 149
4.4.4 傳遞函數(shù)的頻域實驗確定 150
4.5 頻域的穩(wěn)定判據 151
4.5.1 閉環(huán)特征式的構造與特點 151
4.5.2 映射定理 151
4.5.3 開環(huán)傳遞函數(shù)不含積分環(huán)節(jié)的奈奎斯特穩(wěn)定判據 152
4.5.4 開環(huán)傳遞函數(shù)含積分環(huán)節(jié)的奈奎斯特穩(wěn)定判據 156
4.5.5 對數(shù)頻率穩(wěn)定判據 158
技能訓練14 基于MATLAB繪制開環(huán)幅相頻率特性曲線及其穩(wěn)定性分析 159
4.6 穩(wěn)定裕度 162
4.6.1 相角裕度 162
4.6.2 幅值裕度 165
技能訓練15 基于MATLAB繪制開環(huán)對數(shù)頻率特性曲線及其頻域分析 166
4.7 頻率特性與系統(tǒng)性能的關系 169
4.7.1 開環(huán)頻域指標與時域指標間的關系 169
4.7.2 開環(huán)頻率特性分析閉環(huán)系統(tǒng)性能 171
4.7.3 閉環(huán)頻域指標與時域指標間的關系 172
知識梳理與總結 174
思考與練習題4 175
單元5 線性系統(tǒng)的校正與設計 179
教學導航 179
5.1 校正方式與裝置 180
5.1.1 校正概念 180
5.1.2 校正方式 180
5.1.3 校正裝置 181
5.2 串聯(lián)校正 183
5.2.1 串聯(lián)超前校正 183
5.2.2 串聯(lián)滯后校正 187
5.2.3 串聯(lián)滯后-超前校正 191
技能訓練16 自動控制系統(tǒng)的串聯(lián)校正設計與實現(xiàn) 194
技能訓練17 基于MATLAB的串聯(lián)校正設計與仿真 196
5.3 基本PID控制 198
5.3.1 比例控制 198
5.3.2 比例-微分控制 199
5.3.3 比例-積分控制 201
5.3.4 比例-積分-微分控制 203
技能訓練18 PID控制器設計及其參數(shù)整定 204
知識梳理與總結 207
思考與練習題5 208