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第1篇 自动控制原理1

第1章　自动控制概述1

1.1　自动控制技术及应用1

1.2　自动控制原理的任务1

1.3 自动控制的基本术语1

1.4　控制系统的基本组成2

1.5　自动控制系统的基本类型3

1.6　自动控制系统的组成5

1.6.1 自动控制系统基本职能元件5

1.6.2　控制系统方框图的建立6

1.7　自动控制系统的性能要求7

1.8　自动控制系统实例分析8

1.9　控制系统设计的任务、内容和步骤13

第2章　控制系统数学模型15

2.1　控制系统的微分方程15

2.1.1　系统微分方程的建立15

2.1.2　电路系统数学模型18

2.1.3　建立微分方程的步骤20

2.2　微分方程的线性化20

2.3　Laplace（拉氏）变换23

2.3.1　拉氏变换的定义24

2.3.2　常用函数的拉氏变换24

2.3.3　典型函数的拉氏变换24

2.3.4　拉氏变换的基本定理26

2.3.5　拉氏逆变换27

2.3.6　应用拉氏变换解线性微分方程28

2.4　传递函数30

2.4.1　传递函数的定义30

2.4.2　传递函数的零点与极点31

2.4.3　传递函数的性质32

2.5　典型环节及其传递函数32

2.6　动态结构图40

2.6.1　动态结构图的组成40

2.6.2　结构图的绘制41

2.7　动态结构图的等效变换44

2.8　自动控制系统的传递函数51

2.8.1　开环控制系统的传递函数52

2.8.2　闭环系统的传递函数52

第3章　时域分析法54

3.1　典型输入信号54

3.2　阶跃响应的性能指标56

3.3　一阶系统的时域分析57

3.3.1　一阶系统的数学模型57

3.3.2　一阶系统的单位阶跃响应58

3.3.3　一阶系统的单位斜坡响应59

3.3.4　一阶系统的单位脉冲响应59

3.3.5　一阶系统的抛物线函数（等加速函数）响应60

3.4　二阶系统的时域分析60

3.4.1　二阶系统的数学模型60

3.4.2　二阶系统的工作状态61

3.4.3　典型二阶系统的性能指标63

3.4.4　二阶系统欠阻尼响应计算举例65

3.5　控制系统的稳定性分析67

3.5.1　稳定的基本概念及稳定条件67

3.5.2　劳斯（Routh）稳定判据69

3.5.3　应用劳斯判据确定系统稳定的参数72

3.5.4　稳态误差77

第4章　频率响应法84

4.1　频率特性的基本概念84

4.1.1　频率特性的定义84

4.1.2　频率特性的图形表示85

4.2　典型环节的频率特性86

4.3　开环系统频率特性曲线的绘制91

4.3.1　准确开环幅相频率特性曲线的绘制91

4.3.2　开环系统的对数坐标图91

4.4　闭环频率特性曲线的绘制93

4.5　奈魁斯特稳定性判据96

4.5.1　对数频率稳定判据96

4.5.2　系统的相对稳定性98

4.6　频域指标与时域指标的关系100

4.6.1　二阶系统的频域指标与时域指标之间数值上的准确对应关系100

4.6.2　高阶系统的频域指标与时域指标之间的近似关系102

4.7　应用频率特性求稳态误差104

第5章　线性反馈控制系统的特性设计105

5.1　控制特性设计105

5.2　校正方式105

5.3　相位超前校正106

5.4　相位滞后校正110

5.5　串联滞后—超前校正114

5.6　反馈校正117

第2篇 电动机控制技术121

第6章　电力电子器件及其基本电路121

6.1　电力电子器件121

6.1.1　不可控型器件—功率二极管121

6.1.2　半可控型器件—晶闸管SCR123

6.1.3　典型全控型器件126

6.1.4　其他新型电力电子器件133

6.2　基本电力电子电路135

6.2.1　整流电路135

6.2.2　逆变电路147

6.2.3　直流变换电路153

6.2.4　交流变换电路158

第7章　直流传动与控制系统164

7.1　直流电动机工作原理及特性164

7.1.1　直流电动机基本结构及工作原理164

7.1.2　直流电动机的机械特性166

7.1.3　直流电动机调速特性168

7.2　机电传动控制系统组成及调速方案选择170

7.2.1　机电传动控制系统的组成170

7.2.2　生产机械对机电传动系统技术指标的要求172

7.2.3　机电传动控制系统方案的确定174

7.3　晶闸管—直流电动机传动控制系统176

7.3.1　单闭环直流调速系统176

7.3.2　双闭环直流调速系统181

7.3.3　可逆调速系统183

7.4　晶体管—直流电动机脉宽调速系统187

7.4.1　脉宽调制技术187

7.4.2　直流电动机脉宽调速原理189

7.4.3　集成PWM控制器192

第8章　交流传动与控制系统201

8.1　三相交流电机工作原理与机械特性201

8.1.1　三相异步电动机基本结构及工作原理201

8.1.2　三相异步电动机的机械特性205

8.1.3　同步电动机工作原理及特性208

8.2　三相交流电动机的调速方法及性能210

8.2.1　异步电动机调速方法及类型210

8.2.2　异步电动机调速性能分析210

8.2.3　同步电动机调速性能分析214

8.3　交流异步电动机变频调速系统214

8.3.1　变频调速原理215

8.3.2　变频调速装置218

8.3.3　交流调速的脉宽调制技术225

8.4　矢量变换控制异步电动机变频调速系统231

8.4.1　矢量控制的基本概念232

8.4.2　矢量控制的变频调速系统235

8.4.3　以DSP为控制核心的数字异步电动机矢量控制系统237

第9章　步进电动机驱动与控制系统244

9.1　步进电动机工作原理244

9.1.1　步进电动机的结构及工作原理244

9.1.2　步进电动机的主要用途、特点及分类246

9.2　步进电动机驱动与控制系统247

9.2.1　步进电动机驱动电路的组成247

9.2.2　步进电动机典型驱动方式247

9.2.3　步进电动机驱动／控制集成电路252

9.3　步进电动机微机控制系统261

9.3.1　步进电动机的开环控制261

9.3.2　专用大规模集成电路与微机组合控制系统266

9.4　步进电动机的选择272

9.4.1　步进电动机的机械驱动机构272

9.4.2　常用机构的负载转矩和惯量计算272

9.4.3　步进电动机选择与确认程序274

第3篇　微型计算机控制技术及应用第10章　微机控制技术275

10.1　微机控制系统概述275

10.1.1　微机控制系统的一般概念275

10.1.2　微机控制系统的分类277

10.1.3　微机控制系统的发展趋势278

10.2　微机控制系统的控制策略279

10.2.1　数字滤波和数据处理279

10.2.2　数字PID控制技术280

10.2.3　顺序控制技术与数字控制技术281

10.3　微机控制系统的通信及网络281

10.3.1 串行通信281

10.3.2　差错控制281

10.3.3　控制网络与现场总线282

10.4　微机控制系统的设计及应用282

10.4.1　微机控制系统的设计原则和步骤282

10.4.2　微机控制系统的抗干扰与可靠性技术283

第11章　可编程控制器控制技术及应用285

11.1　PLC控制系统概述285

11.1.1　PLC控制系统的特点285

11.1.2　PLC控制系统硬件组成285

11.1.3　PLC控制系统软件组成287

11.1.4　国内外PLC产品介绍及PLC的发展趋势289

11.2　可编程序控制器硬件系统配置289

11.2.1　S7-200系列PLC基本模块介绍及选择290

11.2.2　S7-200 PLC系统内部资源292

11.2.3　可编程控制器的工作原理295

11.3　可编程序控制器应用软件技术296

11.3.1　S7-200 PLC的编程语言及程序结构296

11.3.2　S7-200 PLC的指令系统297

11.4　可编程序控制器应用系统设计313

11.4.1　PLC应用系统设计的内容和步骤313

11.4.2　PLC应用系统的硬件设计315

11.4.3　PLC应用系统的软件设计316

11.5　可编程序控制器系统应用实例318

11.5.1　异步电动机的控制318

11.5.2　PLC在工业机械手控制中的应用320

11.5.3　PLC全自动洗衣机控制系统中的应用323

第12章　单片机控制技术及应用327

12.1　单片机控制系统的概念327

12.1.1　单片机控制系统的发展概况327

12.1.2　单片机控制系统的组成327

12.1.3　单片机控制系统的结构和原理328

12.2　单片机硬件系统配置329

12.2.1　MCS-51系列8位单片机329

12.3　单片机的指令系统及编程334

12.3.1　MCS-51系列单片机指令系统334

12.4　单片机控制系统设计应用实例345

12.4.1　单片机接口技术在机电控制系统中的典型应用345

12.4.2　油井电动机无定时自动控制器的设计352

12.5　MCS-96单片机的硬件结构与指令系统355

12.5.1　MCS-96系列单片机的主要性能与特点356

12.5.2　MCS-96单片机的组成和原理356

12.5.3　A/D转换器和脉宽调制输出器PWM360

12.5.4　MCS-96单片机的指令系统概述361

12.5.5　编程举例362

参考文献364