自动控制原理

学习单元1 自动控制基础理论 1 任务1.1 自动控制理论发展历史 1 1.1.1 早期控制阶段 2 1.1.2 经典控制阶段 2 1.1.3 现代控制阶段 3 任务1.2 自动控制基本原理及方式 3 1.2.1 自动控制及自动控制系统 3 1.2.2 自动控制系统基本组成 5 1.2.3 自动控制系统控制方式 7 任务1.3 自动控制系统的分类 11 1.3.1 线性控制系统和非线性控制系统 12 1.3.2 恒值控制系统和随动控制系统 12 1.3.3 连续控制系统和离散控制系统 13 任务1.4 自动控制系统性能基本要求 13 1.4.1 典型输入信号 14 1.4.2 稳定性 16 1.4.3 快速性 17 1.4.4 准确性 17 1.4.5 控制系统的相关问题 18 小结 18 复习思考题 20 学习单元2 典型元部件的数学模型及时域响应 22 任务2.1 齿轮减速器的数学模型及时域响应 22 2.1.1 控制系统的数学模型 23 2.1.2 实验模块一 齿轮减速器时域响应仿真实验 29 2.1.3 实验模块二 比例环节的电路模拟实验 38 任务2.2 水箱的数学模型及时域响应 42 2.2.1 水箱的数学模型 43 2.2.2 实验模块一 水箱时域响应仿真实验 44 2.2.3 实验模块二 积分环节的电路模拟实验 47 任务2.3 测速电机的数学模型及时域响应 50 2.3.1 测速电机数学模型 50 2.3.2 实验模块一 测速电机时域响应仿真实验 52 2.3.3 实验模块二 微分环节电路模拟实验 54 任务2.4 单容水箱数学模型及时域响应 57 2.4.1 单容水箱数学模型 57 2.4.2 实验模块一 单容水箱时域响应仿真实验 59 2.4.3 实验模块二 惯性环节电路模拟实验 62 任务2.5 输水管道数学模型及时域响应 66 2.5.1 输水管道数学模型 66 2.5.2 实验模块 输水管道时域响应仿真实验 67 小结 70 复习思考题 71 学习单元3 LED光强控制系统时域性能分析及PID控制 72 任务3.1 LED光强开环系统时域性能分析 72 3.1.1 LED光强控制系统简介 73 3.1.2 时域性能分析 73 3.1.3 实验模块 LED光强开环系统时域性能分析 76 任务3.2 LED光强闭环控制系统的PID控制 81 3.2.1 PID控制 81 3.2.2 控制系统中的干扰 83 3.2.3 实验模块一 光强闭环控制系统比例控制实验 84 3.2.4 实验模块二 光强闭环控制系统的比例积分控制实验 91 3.2.5 实验模块三 光强闭环控制系统的比例微分控制实验 95 3.2.6 实验模块四 光强闭环控制系统的比例积分微分控制实验 97 小结 99 复习思考题 100 学习单元4 直流电动机控制系统性能分析及PID控制器参数整定 102 任务4.1 直流电动机数学模型及时域性能分析 102 4.1.1 直流电动机转速控制系统简介 103 4.1.2 直流电动机数学模型 104 4.1.3 二阶系统 104 4.1.4 实验模块 直流电动机开环系统时域性能仿真及分析 106 任务4.2 直流电动机控制系统频域性能分析与仿真 114 4.2.1 频率特性 115 4.2.2 对数频率特性及伯德图 116 4.2.3 频域性能指标 117 4.2.4 稳定裕度 118 4.2.5 实验模块一 直流电动机的伯德图 119 4.2.6 实验模块二 直流电动机控制系统开环频125率特性分析 任务4.3 直流电动机控制系统PID控制器参数整定 130 4.3.1 PID参数整定 131 4.3.2 PID参数整定——ZN法 132 4.3.3 PID参数整定——CHR法 134 4.3.4 实验模块直流电动机控制系统PID控制器参数整定——CHR法 134 小结 140 复习思考题 140 学习单元5 直流伺服电动机控制系统性能分析及校正 141 任务5.1 直流伺服电动机数学模型及时域性能分析 141 5.1.1 直流伺服电动机数学模型 142 5.1.2 高阶系统 142 5.1.3 实验模块一 直流伺服电动机控制系统时域性能仿真及分析 143 5.1.4 实验模块二 直流伺服电动机闭环控制系统降阶实验 145 任务5.2 直流伺服电动机控制系统基于频域法的校正 148 5.2.1 控制系统的校正方式及常用校正装置 149 5.2.2 基于频域法的串联校正 153 5.2.3 实验模块一 直流伺服电动机控制系统的串联超前校正 155 5.2.4 实验模块二 直流伺服电动机控制系统的串联滞后校正 158 小结 161 复习思考题 162 附录A 拉普拉斯变换及基本性质 163 附录B 系统框图等效变换 170 参考文献 174