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第1章 自动控制的基本概念1

1.1 自动控制理论概述1

1.2 简要发展历史2

1.3 自动控制系统的组成3

1.3.1 人工控制与自动控制3

1.3.2 自动控制的基本概念与组成3

1.3.3 系统术语4

1.3.4 自动控制系统的方块图表示5

1.4 自动控制系统的分类5

1.4.1 开环控制系统和闭环控制系统6

1.4.2 定值、随动和程序控制系统7

1.4.3 线性和非线性控制系统8

1.4.4 连续和离散控制系统8

1.4.5 单变量和多变量控制系统9

1.5 自动控制系统举例9

1.5.1 温度控制系统10

1.5.2 位置随动系统11

1.5.3 自动调速系统13

1.6 自动控制系统的基本要求14

1.7 本课程的学习任务与学习要求15

本章小结16

习题117

第2章 拉普拉斯变换及其应用19

2.1 拉氏变换的概念19

2.2 拉氏变换的运算定理25

2.3 拉氏反变换29

2.4 拉氏变换应用举例32

本章小结38

习题238

第3章 自动控制系统的数学模型40

3.1 控制系统的微分方程41

3.1.1 控制系统微分方程的建立41

3.1.2 控制系统微分方程的求解43

3.2 传递函数44

3.2.1 传递函数的定义44

3.2.2 传递函数的求取45

3.2.3 传递函数的性质47

3.3 控制系统的动态结构图47

3.3.1 动态结构图的组成与画法47

3.3.2 动态结构图的等效变换及化简49

3.3.3 用公式法求传递函数55

3.4 典型环节的数学模型及阶跃响应58

3.4.1 典型环节的数学模型58

3.4.2 典型环节的传递函数及阶跃响应62

3.5 控制系统的传递函数67

本章小结69

习题371

第4章 控制系统的时域分析法73

4.1 典型控制过程及性能指标73

4.1.1 典型初始状态73

4.1.2 典型输入信号74

4.1.3 阶跃响应的性能指标76

4.2 一阶系统的时域分析77

4.3 二阶系统的时域分析78

4.4 系统稳定性分析85

4.4.1 稳定的基本概念85

4.4.2 线性系统稳定的充分必要条件86

4.4.3 劳斯稳定判据87

4.4.4 两种特殊情况88

4.4.5 劳斯稳定判据在系统分析中的应用90

4.5 稳态性能的时域分析90

4.5.1 稳态误差的基本概念90

4.5.2 系统类型91

4.5.3 参考输入信号作用下的稳态误差92

4.5.4 扰动输入信号作用下的稳态误差93

本章小结95

习题496

第5章 控制系统的频域分析法98

5.1 频率特性的概念98

5.1.1 频率特性的基本概念98

5.1.2 频率特性与传递函数的关系99

5.1.3 频率特性的性质100

5.1.4 频率特性的图形表示方法100

5.2 典型环节的伯德图101

5.2.1 比例环节101

5.2.2 积分环节102

5.2.3 微分环节103

5.2.4 惯性环节104

5.2.5 比例微分环节105

5.2.6 振荡环节106

5.2.7 一阶不稳定环节108

5.2.8 最小相位系统的概念108

5.3 系统开环对数频率特性曲线的绘制112

5.3.1 系统开环对数频率特性曲线绘制的一般步骤112

5.3.2 开环对数频率特性曲线绘制举例113

5.4 系统稳定性的频域分析119

5.4.1 对数频率稳定判据119

5.4.2 稳定裕量121

5.5 动态性能的频域分析123

5.5.1 三频段的概念123

5.5.2 典型系统126

本章小结128

习题5129

第6章 自动控制系统的校正132

6.1 常用校正装置132

6.1.1 无源校正装置133

6.1.2 有源校正装置134

6.2 串联校正134

6.2.1 串联比例校正135

6.2.2 串联比例微分校正137

6.2.3 串联比例积分校正138

6.2.4 串联比例积分微分校正140

6.3 反馈校正142

6.4 前馈控制的概念144

6.5 自动控制系统的一般设计方法145

6.5.1 自动控制系统设计的基本步骤145

6.5.2 系统固有部分频率特性的简化处理146

6.5.3 系统预期开环对数频率特性的确定148

本章小结149

习题6150

第7章 直流调速系统151

7.1 直流调速系统概述151

7.1.1 直流调速系统的基本概念151

7.1.2 直流调速的三种方式152

7.1.3 调压调速的三种主要形式153

7.1.4 直流调速系统的性能指标156

7.2 单闭环直流调速系统160

7.2.1 闭环调速系统常用调节器160

7.2.2 单闭环直流调速系统165

7.2.3 无静差调速系统概述及积分控制规律171

7.3 带电流截止负反馈的闭环调速系统172

7.3.1 电流截止负反馈的引入172

7.3.2 带电流截止负反馈的闭环调速系统静特性173

7.3.3 带电流截止负反馈的闭环调速系统启动过程174

7.4 闭环调速系统设计实例175

7.5 多环直流调速系统180

7.5.1 转速、电流双闭环调速系统及其静特性180

7.5.2 三环控制的直流调速系统185

本章小结186

习题7187

第8章 PWM直流脉宽调速系统190

8.1 直流脉宽调制电路的工作原理191

8.1.1 不可逆、无制动力PWM变换器191

8.1.2 不可逆、有制动力PWM变换器192

8.1.3 可逆PWM变换器194

8.2 脉宽调速系统的控制电路197

8.2.1 直流脉宽调制器197

8.2.2 逻辑延时电路198

8.2.3 基极驱动电路和保护电路198

8.3 PWM直流调速装置的系统分析199

8.3.1 总体结构199

8.3.2 PWM脉宽调制变换器的传递函数200

8.3.3 系统分析200

8.4 由PWM集成芯片组成的直流脉宽调速系统实例200

8.4.1 SG1731芯片简介201

8.4.2 由SG1731组成的直流调速系统202

本章小结203

习题8204

第9章 位置随动系统205

9.1 位置随动系统的组成及其基本特征205

9.1.1 位置随动系统的组成205

9.1.2 位置随动伺服系统的分类207

9.1.3 随动伺服系统的控制方式208

9.2 位置伺服系统的部件功能及工作原理209

9.2.1 位置检测元件210

9.2.2 执行元件213

9.2.3 相敏整流与滤波电路215

9.2.4 放大电路217

9.3 位置随动伺服系统的控制特点及实例分析217

9.3.1 系统组成原理图217

9.3.2 系统组成框图219

9.3.3 系统自动调节过程220

9.4 位置伺服系统的控制性能分析与校正设计220

9.4.1 系统的稳态性能分析220

9.4.2 系统的动态性能分析221

本章小结222

习题9223

第10章 交流变频调速系统224

10.1 交流变频调速的基本概念224

10.1.1 交流调速系统简介224

10.1.2 交流变频调速的基本控制方式226

10.2 标量控制的变频调速系统230

10.2.1 控制输出电压的方式230

10.2.2 U/f比例控制方式232

10.2.3 转差频率控制方式234

10.3 矢量控制的调速系统236

10.3.1 基于转差频率控制的矢量控制方式237

10.3.2 无速度传感器的矢量控制方式238

10.4 脉宽调制型交流变频调速系统239

10.4.1 PWM型变频器的工作原理240

10.4.2 PWM型变频调速系统的主电路242

10.4.3 PWM型变频调速系统的控制电路245

10.5 数字式通用变频器及其应用249

10.5.1 通用变频器概况249

10.5.2 通用变频器的选择251

10.5.3 通用变频器的运行257

10.5.4 通用变频器应用实例262

本章小结264

习题10265

附录 自动控制技术常用术语中、英文对照266

参考文献275