自動控制原理實踐教程

前言

本書是為自動控制系列課程的實踐性教學環(huán)節(jié)而編寫的，是新世紀電子信息與自動化系列課程改革教材之一。自動化技術將自動化科學原理與方法轉換為工程技術應用，其本身具有橋梁作用、使能作用和系統(tǒng)集成作用。隨著系統(tǒng)、過程的規(guī)模越來越復雜，自動化技術的系統(tǒng)集成作用越來越明顯。自動控制系列課程是理論性和工程應用性很強的課程，每一門課程都對應有相應的實踐教學環(huán)節(jié)。加強實驗教學，不僅有助于理論聯(lián)系實際，深化理論教學，而且有助于培養(yǎng)學生的工程實踐能力。本書是在多年控制理論與控制工程方面教學實踐的基礎上編寫而成的。 本教程包括控制原理、計算機控制、過程控制、控制系統(tǒng)計算機輔助分析與設計，及控制系統(tǒng)設計實踐五部分內(nèi)容。第1章控制原理實驗研究，在介紹實驗研究方法的基礎上設計了10個典型實驗。第2章計算機控制系統(tǒng)設計，包括計算機控制原理和可編程邏輯控制器兩方面，在介紹計算機控制系統(tǒng)硬件、軟件技術基礎上，各設計了5個實驗內(nèi)容。第3章過程控制系統(tǒng)設計與實驗，介紹在工業(yè)領域有著廣泛應用的智能數(shù)字儀表控制系統(tǒng)、計算機DDC控制系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)，并設計了相關實驗。第4章控制系統(tǒng)計算機輔助分析與設計，對廣泛應用的MATLAB軟件的基本操作、控制系統(tǒng)輔助分析、設計方法進行針對性的介紹。第5章控制系統(tǒng)設計實踐，討論控制系統(tǒng)設計的一般過程和工程方法，對典型控制系統(tǒng)的原理、模型、控制器設計、實現(xiàn)技術進行介紹。.. 本教程按素質(zhì)教育的思想來撰寫實驗指導，以適應實踐性教學改革和培養(yǎng)高素質(zhì)、創(chuàng)新人才的需要。內(nèi)容上不僅滿足自動控制原理實驗課程教學要求，還包括計算機控制理論與技術、過程控制系統(tǒng)、控制系統(tǒng)課程設計、控制系統(tǒng)實踐等課程的教學實驗內(nèi)容。教材的編寫參考了相關學校的實驗指導書，盡量考慮教材的通用性，遵循“寬編窄用”的內(nèi)容選取原則和模塊化的內(nèi)容組織原則。由于各學校采用的實驗設備不同，實驗步驟有一定的差別，但實驗原理和方法是一致的，書中所列實驗內(nèi)容可根據(jù)教學時數(shù)和實驗條件的不同選做，也可作為學生課外實踐和畢業(yè)設計參考內(nèi)容。本教程的實驗內(nèi)容不僅具有教學上的典型性、代表性，而且具有技術上的實用性，可作為工程技術人員開發(fā)設計控制系統(tǒng)的實用參考書。 本書第1、3、4章由彭學鋒編寫，第2章由劉建斌編寫，第5章由魯興舉編寫。鄒逢興教授為本書的體系結構和內(nèi)容選取提供了寶貴的指導意見，在此深表謝意。在本書的編寫過程中，借鑒了相關學校和教學儀器生產(chǎn)廠商的教材和指導書，謹對作者表示衷心的感謝。還要感謝徐曉紅、薛小波、張紅、陳立剛、李治斌等同志對本書提出的修改意見，感謝出版社同志為本書付出的辛勤勞動。 由于作者水平有限，書中難免有遺漏和不當之處，懇請廣大讀者批評指正。

內(nèi)容概要

本書作為自動控制系列課程的實踐性教學環(huán)節(jié)的教程，是新世紀電子信息與自動化系列課程改革教材之一。     本教程包括控制原理、計算機控制、過程控制、控制系統(tǒng)計算機輔助分析與設計和控制系統(tǒng)設計實踐五部分內(nèi)容。不僅滿足自動控制原理實驗課程教學要求，還包括計算機控制理論與技術、過程控制系統(tǒng)、控制系統(tǒng)課程設計、控制系統(tǒng)實踐等課程的教學實驗內(nèi)容。    全書實驗設置體現(xiàn)了素質(zhì)教育和實踐性教學改革的思想，本教程的實驗內(nèi)容和相關技術不僅具有教學上的典型性、代表性，而且具有技術上的實用性，可作為工程技術人員開發(fā)設計控制系統(tǒng)的實用參考書。

書籍目錄

總序前言第1章 控制原理實驗研究  1.1 控制原理實驗分析方法  1.2 控制原理模擬實驗第2章 計算機控制系統(tǒng)設計  2.1 計算機控制技術  2.2 計算機控制系統(tǒng)實驗平臺  2.3 計算機控制系統(tǒng)實驗  2.4 S7-200PLC及其指令  2.5 PLC控制系統(tǒng)設計  2.6 STEP 7-Micro/WIN32編程軟件介紹  2.7 可編程控制器實驗第3章 過程控制系統(tǒng)設計與實驗  3.1 AE2000A過程控制系統(tǒng)  3.2 過程控制系統(tǒng)設計與實驗  3.3 過程控制系統(tǒng)監(jiān)控軟件設計第4章 控制系統(tǒng)計算機輔助分析與設計  4.1 仿真軟件MATLAB  4.2 控制系統(tǒng)的數(shù)學模型及其轉換  4.3 控制系統(tǒng)設計算機輔助分析  4.4 控制系統(tǒng)計算機輔助設計  4.5 動態(tài)仿真集成環(huán)境Simulink第5章 控制系統(tǒng)設計實踐  5.1 控制系統(tǒng)設計概論  5.2 經(jīng)典控制系統(tǒng)——隨動控制系統(tǒng)設計  5.3 電氣傳動系統(tǒng)——調(diào)速控制系統(tǒng)設計  5.4 不穩(wěn)定系統(tǒng)——磁懸浮球控制系統(tǒng)設計  5.5 運動控制系統(tǒng)——四軸運動控制演示平臺實驗研究  5.6 機電一體化——XY運動平臺控制系統(tǒng)設計  5.7 非線性系統(tǒng)——球桿控制系統(tǒng)設計  5.8 非線性自然不穩(wěn)定系統(tǒng)——例立擺控制系統(tǒng)設計  5.9 冗余協(xié)調(diào)機器人——兩自由度冗余并聯(lián)機械民臂控制系統(tǒng)設計  5.10 復雜MIMO系統(tǒng)——雙旋翼控制系統(tǒng)設計參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：1.1.1 控制系統(tǒng)測量分析方法控制系統(tǒng)測量有時域測試法和頻域測試法?？刂葡到y(tǒng)時域測試時，可以測量系統(tǒng)的靜態(tài)特性和動態(tài)性能指標。靜態(tài)特性是指系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時（系統(tǒng)輸入量與輸出量的各階導數(shù)均為零）輸出與輸入的關系。通過靜態(tài)特性的測試，可以得到系統(tǒng)或環(huán)節(jié)的各種靜態(tài)特性參數(shù)，如死區(qū)、增益、線性范圍、穩(wěn)態(tài)誤差等。靜態(tài)特性可采用逐點測量法，即給定一個輸入量，相應測量被測對象的一個穩(wěn)態(tài)輸出量，利用獲得的一組數(shù)據(jù)繪出靜態(tài)特性曲線。求出靜態(tài)特性曲線的斜率，就可確定被測對象的增益。若輸入量小信號時輸出量保持不變或為零，只有當輸入量增加到一定數(shù)值后，輸出量才開始隨輸入量的增加而增加，那么，輸出量保持為零的不變部分就是死區(qū)。若輸入量繼續(xù)增加而輸出量保持不變時，這就是到了飽和區(qū)?？刂葡到y(tǒng)的動態(tài)性能指標是指系統(tǒng)輸入一定的控制信號，輸出量隨時間變化的響應。通過動態(tài)特性的測試，可以獲得系統(tǒng)或環(huán)節(jié)的動態(tài)特性參數(shù)，例如超調(diào)量、調(diào)節(jié)時間、上升時間等，通過相應計算可以確定系統(tǒng)或環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)?？刂葡到y(tǒng)或環(huán)節(jié)的頻域測試是由正弦信號源提供不同頻率的正弦信號，作用于被測系統(tǒng)，測取在不同頻率時被測系統(tǒng)或環(huán)節(jié)的穩(wěn)態(tài)輸出信號與正弦輸入信號的幅值比和相位差，從而求得系統(tǒng)或環(huán)節(jié)的頻率特性曲線。本節(jié)主要介紹控制系統(tǒng)動態(tài)特性的時域測試法和頻域測試法。

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