自動(dòng)控制原理實(shí)踐教程

前言

本書是為自動(dòng)控制系列課程的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)而編寫的，是新世紀(jì)電子信息與自動(dòng)化系列課程改革教材之一。自動(dòng)化技術(shù)將自動(dòng)化科學(xué)原理與方法轉(zhuǎn)換為工程技術(shù)應(yīng)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(fù)雜，自動(dòng)化技術(shù)的系統(tǒng)集成作用越來越明顯。自動(dòng)控制系列課程是理論性和工程應(yīng)用性很強(qiáng)的課程，每一門課程都對應(yīng)有相應(yīng)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，不僅有助于理論聯(lián)系實(shí)際，深化理論教學(xué)，而且有助于培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力。本書是在多年控制理論與控制工程方面教學(xué)實(shí)踐的基礎(chǔ)上編寫而成的。 本教程包括控制原理、計(jì)算機(jī)控制、過程控制、控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助分析與設(shè)計(jì)，及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐五部分內(nèi)容。第1章控制原理實(shí)驗(yàn)研究，在介紹實(shí)驗(yàn)研究方法的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了10個(gè)典型實(shí)驗(yàn)。第2章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括計(jì)算機(jī)控制原理和可編程邏輯控制器兩方面，在介紹計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件、軟件技術(shù)基礎(chǔ)上，各設(shè)計(jì)了5個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。第3章過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)，介紹在工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用的智能數(shù)字儀表控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)DDC控制系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)，并設(shè)計(jì)了相關(guān)實(shí)驗(yàn)。第4章控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助分析與設(shè)計(jì)，對廣泛應(yīng)用的MATLAB軟件的基本操作、控制系統(tǒng)輔助分析、設(shè)計(jì)方法進(jìn)行針對性的介紹。第5章控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐，討論控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)技術(shù)進(jìn)行介紹。.. 本教程按素質(zhì)教育的思想來撰寫實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，以適應(yīng)實(shí)踐性教學(xué)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(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)要求，還包括計(jì)算機(jī)控制理論與技術(shù)、過程控制系統(tǒng)、控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)實(shí)踐等課程的教學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。教材的編寫參考了相關(guān)學(xué)校的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)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(xué)校采用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備不同，實(shí)驗(yàn)步驟有一定的差別，但實(shí)驗(yàn)原理和方法是一致的，書中所列實(shí)驗(yàn)內(nèi)容可根據(jù)教學(xué)時(shí)數(shù)和實(shí)驗(yàn)條件的不同選做，也可作為學(xué)生課外實(shí)踐和畢業(yè)設(shè)計(jì)參考內(nèi)容。本教程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不僅具有教學(xué)上的典型性、代表性，而且具有技術(shù)上的實(shí)用性，可作為工程技術(shù)人員開發(fā)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的實(shí)用參考書。 本書第1、3、4章由彭學(xué)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(jié)構(gòu)和內(nèi)容選取提供了寶貴的指導(dǎo)意見，在此深表謝意。在本書的編寫過程中，借鑒了相關(guān)學(xué)校和教學(xué)儀器生產(chǎn)廠商的教材和指導(dǎo)書，謹(jǐn)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(dòng)。 由于作者水平有限，書中難免有遺漏和不當(dāng)之處，懇請廣大讀者批評指正。

內(nèi)容概要

本書作為自動(dòng)控制系列課程的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)的教程，是新世紀(jì)電子信息與自動(dòng)化系列課程改革教材之一。     本教程包括控制原理、計(jì)算機(jī)控制、過程控制、控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助分析與設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐五部分內(nèi)容。不僅滿足自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)要求，還包括計(jì)算機(jī)控制理論與技術(shù)、過程控制系統(tǒng)、控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)實(shí)踐等課程的教學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。    全書實(shí)驗(yàn)設(shè)置體現(xiàn)了素質(zhì)教育和實(shí)踐性教學(xué)改革的思想，本教程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和相關(guān)技術(shù)不僅具有教學(xué)上的典型性、代表性，而且具有技術(shù)上的實(shí)用性，可作為工程技術(shù)人員開發(fā)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的實(shí)用參考書。

書籍目錄

總序前言第1章 控制原理實(shí)驗(yàn)研究  1.1 控制原理實(shí)驗(yàn)分析方法  1.2 控制原理模擬實(shí)驗(yàn)第2章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)  2.1 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)  2.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)  2.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)  2.4 S7-200PLC及其指令  2.5 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)  2.6 STEP 7-Micro/WIN32編程軟件介紹  2.7 可編程控制器實(shí)驗(yàn)第3章 過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)  3.1 AE2000A過程控制系統(tǒng)  3.2 過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)  3.3 過程控制系統(tǒng)監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)第4章 控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助分析與設(shè)計(jì)  4.1 仿真軟件MATLAB  4.2 控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型及其轉(zhuǎn)換  4.3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)算機(jī)輔助分析  4.4 控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)  4.5 動(dòng)態(tài)仿真集成環(huán)境Simulink第5章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐  5.1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)概論  5.2 經(jīng)典控制系統(tǒng)——隨動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)  5.3 電氣傳動(dòng)系統(tǒng)——調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)  5.4 不穩(wěn)定系統(tǒng)——磁懸浮球控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)  5.5 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)——四軸運(yùn)動(dòng)控制演示平臺(tái)實(shí)驗(yàn)研究  5.6 機(jī)電一體化——XY運(yùn)動(dòng)平臺(tái)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)  5.7 非線性系統(tǒng)——球桿控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)  5.8 非線性自然不穩(wěn)定系統(tǒng)——例立擺控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)  5.9 冗余協(xié)調(diào)機(jī)器人——兩自由度冗余并聯(lián)機(jī)械民臂控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)  5.10 復(fù)雜MIMO系統(tǒng)——雙旋翼控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)參考文獻(xiàn)

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(shí)域測試法和頻域測試法。控制系統(tǒng)時(shí)域測試時(shí)，可以測量系統(tǒng)的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。靜態(tài)特性是指系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時(shí)（系統(tǒng)輸入量與輸出量的各階導(dǎo)數(shù)均為零）輸出與輸入的關(guān)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(diǎn)測量法，即給定一個(gè)輸入量，相應(yīng)測量被測對象的一個(gè)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(hào)時(shí)輸出量保持不變或?yàn)榱?，只有?dāng)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(shí)，這就是到了飽和區(qū)?？刂葡到y(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)是指系統(tǒng)輸入一定的控制信號(hào)，輸出量隨時(shí)間變化的響應(yīng)。通過動(dòng)態(tài)特性的測試，可以獲得系統(tǒng)或環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)，例如超調(diào)量、調(diào)節(jié)時(shí)間、上升時(shí)間等，通過相應(yīng)計(jì)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(hào)源提供不同頻率的正弦信號(hào)，作用于被測系統(tǒng)，測取在不同頻率時(shí)被測系統(tǒng)或環(huán)節(jié)的穩(wěn)態(tài)輸出信號(hào)與正弦輸入信號(hào)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(dòng)態(tài)特性的時(shí)域測試法和頻域測試法。

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