自动控制原理与系统

自动控制原理与系统项目1太阳能抽水系统的认识1

任务1.1液位控制系统2

1.1.1自动控制技术的发展史2

1.1.2人工控制与自动控制的概念3

任务1.2太阳能抽水系统5

1.2.1开环系统与闭环系统的概念和特点5

1.2.2自动控制系统的分类7

任务1.3自动孵化控制系统9

1.3.1正反馈与负反馈10

1.3.2自动控制系统的性能要求11

小结14

本章习题14

项目2直流调速系统数学模型的建立16

任务2.1串联谐振电路数学模型的建立17

2.1.1拉普拉斯变换18

2.1.2数学模型与传递函数20

任务2.2运算放大器和常用调节器的传递函数24

2.2.1比例环节传递函数与MATLAB仿真25

2.2.2积分环节传递函数与MATLAB仿真27

2.2.3微分环节传递函数与MATLAB仿真30

任务2.3晶闸管触发电路的传递函数32

2.3.1惯性环节的传递函数及MATLAB仿真33

2.3.2延迟环节的传递函数及MATLAB仿真34

任务2.4振荡环节的传递函数38

2.4.1直流电动机振荡环节的传递函数38

2.4.2常见的其他振荡环节的传递函数40

2.4.3振荡环节的数学表达式和传递函数40

任务2.5直流调速系统的框图变换40

2.5.1框图的组成和基本变换41

2.5.2比较点与引出点的合并、互换及移动规则45

2.5.3利用框图变换求取传递函数47

任务2.6单闭环直流调速系统闭环传递函数的求取48

2.6.1自动控制系统闭环传递函数的求取48

2.6.2交叉反馈系统框图的化简及其闭环传递函数的求取50

小结51

本章习题51

项目3单闭环直流调速系统的时域性能分析55

任务3.1单闭环直流调速的稳定性分析55

3.1.1自动控制系统稳定的概念及充分必要条件56

3.1.2稳定判据58

任务3.2单闭环直流调速系统的稳态性能分析63

3.2.1稳态误差及其概念 64

3.2.2单闭环直流调速系统稳态误差性能分析68

任务3.3单闭环直流调速系统的动态性能分析71

3.3.1一阶系统的动态性能分析72

3.3.2典型二阶系统的单位阶跃响应74

小结79

本章习题80

项目4直流调速系统的校正82

任务4.1直流调速系统的串联校正82

4.1.1校正的基本知识83

4.1.2比例（P）串联校正84

4.1.3比例微分（PD）串联校正86

4.1.4比例积分（PI）串联校正87

4.1.5比例积分微分（PID）串联校正89

任务4.2换热器的顺馈补偿91

4.2.1扰动顺馈补偿92

4.2.2输入顺馈补偿93

4.2.3反馈校正对典型环节的影响94

小结95

本章习题97

项目5不可逆直流调速系统98

任务5.1直流调速系统的基本概念98

5.1.1调速的几种方法99

5.1.2调速系统对转速的控制要求与系统性能指标之间的关系100

任务5.2转速负反馈直流调速系统101

5.2.1转速负反馈直流调速系统的组成、框图和自动调节过程101

5.2.2系统性能分析103

5.2.3反馈控制规律105

5.2.4稳态参数计算106

任务5.3电流截止负反馈环节108

5.3.1电流截止负反馈环节的实现108

5.3.2自动调节过程及对系统静特性的影响109

任务5.4具有电压负反馈和电流正反馈的直流调速系统 111

5.4.1具有电压负反馈直流调速系统的组成及定性分析112

5.4.2带电流正反馈的电压负反馈调速系统113

任务5.5带PI调节器的无静差直流调速系统114

5.5.1PI调节器的作用115

5.5.2具有PI调节器的无静差直流调速系统116

5.5.3电流检测电路116

任务5.6转速和电流双闭环直流调速系统116

5.6.1双闭环直流调速系统的组成118

5.6.2系统框图及工作原理118

5.6.3双闭环直流调速系统的静特性及稳态参数计算119

5.6.4双闭环直流调速系统的启动特性120

5.6.5双闭环直流调速系统的优点122

小结122

本章习题123

项目6晶闸管可逆直流调速系统127

任务6.1可逆直流调速电路的几种形式127

6.1.1实现可逆运行的几种方法128

6.1.2可逆拖动的4种工作状态129

任务6.2可逆系统中的环流130

任务6.3可控环流可逆调速系统的工作原理134

6.3.1可控环流可逆调速系统的基本组成135

6.3.2可控环流可逆调速系统的工作原理135

任务6.4逻辑无环流可逆调速系统136

小结141

本章习题141

项目7直流脉宽调速系统142

任务7.1脉宽调制型直流调压电路142

7.1.1脉宽调制原理143

7.1.2不可逆PWM变换器144

7.1.3由集成电路控制的BJTPWM直流调速系统147

7.1.4PWM控制系统的特点148

小结149

本章习题149

项目8位置随动系统150

任务8.1位置随动系统概述150

8.1.1位置随动系统的应用151

8.1.2位置随动系统的性能指标及其主要组成151

任务8.2位置信号的检测元件及执行元件152

8.2.1位移检测元件152

8.2.2执行元件156

任务8.3数控机床的伺服系统159

8.3.1数控机床伺服系统的原理160

8.3.2数控机床伺服系统的性能分析161

小结161

本章习题162

项目9直流调速系统MATLAB仿真163

任务9.1单闭环直流调速系统的MATLAB仿真164

9.1.1开环调速系统的建模与仿真164

9.1.2单闭环有静差转速负反馈调速系统的建模与仿真172

9.1.3无静差转速负反馈调速系统的建模与仿真174

9.1.4电流截止负反馈调速系统的建模与仿真175

9.1.5电压反馈调速系统的建模与仿真177

任务9.2双闭环直流调速系统的MATLAB仿真179

小结181

附录AMATLAB在控制系统中的应用182

附录BSimulink/Simpower System工具箱资源及MATLAB仿真基础196

参考文献213

全书共分为9个项目，其中项目1以太阳能抽水系统、液位控制系统和自动孵化控制系统为例，介绍自动控制技术的发展史、分类及控制系统的基本概念等基本知识。项目2和项目3以直流调速系统为例定量分析系统每个环节的性能特点和整个系统的时域性能指标。项目4以直流调速系统的串联校正和换热器的顺馈补偿为例，介绍自动控制系统的校正方法。项目5～7通过电气自动化典型的电动机调速的实例，介绍一个实际系统的特点、组成、安装调试以及控制方案性能指标的影响。项目8以数控机床为例，介绍位置随动系统的控制方法。项目9对直流调速系统的各种控制方法进行计算机仿真。 　　本书可作为高职高专、成人高校、职工大学、函授大学电气自动化专业、机电一体化专业、应用电子专业和电力系统专业及其相近专业的教学用书，也可供从事电气自动化技术的工程技术人员参考使用。本书封面贴有清华大学出版社防伪标签，无标签者不得销售。

《自动控制原理与系统》循理论和实际相结合的原则，主要介绍了自动控制原理和典型的自动控制系统以及控制系统仿真。全书共9个项目，每个项目分成几个任务。其中项目1~4通过实例将经典控制理论在项目中逐渐展开，项目5~8是对前4个项目的综合运用，项目9为自动控制系统的仿真环节。
　　本书可作为高专电气自动化专业、机电一体化专业、应用电子专业和电力系统专业的教学用书，也适用于成人高校、职工大学、函授大学的相近专业，并可供从事电气自动化技术的工程技术人员参考。