控制原理與系統(tǒng)分析實驗教程

前言

自動控制原理”作為自動化、電氣工程及自動化、機械工程及自動化等專業(yè)的一門重要技術(shù)理論基礎(chǔ)課程，具有較強的專業(yè)性和實踐性，掌握自動控制原理基本理論、技術(shù)和方法等知識，對掌握自動化學(xué)科知識結(jié)構(gòu)和提高科技創(chuàng)新能力具有重要作用，將自動控制理論與實踐應(yīng)用有效結(jié)合是自動化學(xué)科領(lǐng)域人才培養(yǎng)體系的重要組成部分。本書是國家精品課程“自動控制原理”配套實驗教材。全書共分8章，包括控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、控制系統(tǒng)的時域分析、根軌跡法、控制系統(tǒng)的頻域分析、控制系統(tǒng)的校正與設(shè)計、非線性控制系統(tǒng)、離散控制系統(tǒng)和狀態(tài)空間分析法，并對部分設(shè)計性實驗提供了附錄以作參考。與同類書相比，本書具有以下突出特點：運用了MATLAB/Simulink系統(tǒng)仿真技術(shù)，模擬實驗與仿真實驗相結(jié)合，基礎(chǔ)性實驗與提高性實驗相結(jié)合，必做實驗與選做實驗相結(jié)合，控制系統(tǒng)分析與設(shè)計相結(jié)合。此外，針對冶金行業(yè)對應(yīng)用型人才需求的要求，本書從工程實際中選取了一些典型實驗問題，如實驗3.4——帶鋼厚度檢測延時系統(tǒng)根軌跡分析、實驗3.5——軋機厚度控制系統(tǒng)根軌跡分析等，有助于學(xué)生了解自動控制技術(shù)在冶金工業(yè)中的應(yīng)用，從而為工程實踐奠定良好的基礎(chǔ)。因此，本書既可作為高等學(xué)校自動化相關(guān)專業(yè)本科生“自動控制原理”課程的實驗教材和參考書，也可作為相關(guān)工程技術(shù)人員進行科學(xué)研究的實驗參考資料。在本書的編寫過程中，研究生王川、熊薇薇等同學(xué)參加了部分實驗驗證和書稿校對工作。作者借鑒和參考了相關(guān)專著、教材和論文，在此謹向本書參考文獻中所列出的文獻的編著者們和所有在出版本書過程中給予幫助和支持的領(lǐng)導(dǎo)、專家、同事和研究生們表示衷心的謝意！另外，作者還要特別感謝電子工業(yè)出版社的各位領(lǐng)導(dǎo)和編輯為本書的出版所付出的大量心血。由于作者學(xué)識水平有限，疏漏之處在所難免，懇請讀者批評指正。本書出版得到了國家精品課程“自動控制原理”建設(shè)項目［教高函(2008)22號］、全國高等學(xué)校教學(xué)研究中心課題(FIB070335-A1-10)等項目的資助。

內(nèi)容概要

　　本書是國家精品課程《自動控制原理》配套教材之一。全書共分8章，包括控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型建立、控制系統(tǒng)的時域分析、根軌跡法、控制系統(tǒng)的頻域分析、控制系統(tǒng)的校正與設(shè)計、非線性控制系統(tǒng)、離散控制系統(tǒng)、狀態(tài)空間分析法等，并對部分設(shè)計性實驗提供了附錄以作參考。與同類書相比，本書具有以下突出特點：運用了MATLAB/Simulink系統(tǒng)仿真技術(shù)，模擬實驗與仿真實驗相結(jié)合，基礎(chǔ)性實驗與提高性實驗相結(jié)合，必做實驗與選做實驗相結(jié)合，控制系統(tǒng)分析與設(shè)計相結(jié)合。 　　本書既可作為高等學(xué)校自動化及其相關(guān)專業(yè)本科生“自動控制原理”課程的實驗教材和參考書，也可作為相關(guān)工程技術(shù)人員進行科學(xué)研究的實驗參考資料。

書籍目錄

第1章  控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型	1實驗1.1  典型環(huán)節(jié)的電路模擬與數(shù)字仿真研究	1一、實驗?zāi)康?1二、實驗內(nèi)容	1三、實驗步驟	3四、實驗要求	3五、思考題	3實驗1.2  基于MATLAB的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型建立與轉(zhuǎn)換	3一、實驗?zāi)康?3二、實驗內(nèi)容	3三、實驗步驟	4四、實驗要求	5五、思考題	5實驗1.3  雙容水箱液面系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立	5一、實驗?zāi)康?5二、實驗內(nèi)容	6三、實驗步驟	7四、實驗要求	8五、思考題	8實驗1.4  基于MATLAB的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖化簡	8一、實驗?zāi)康?8二、實驗內(nèi)容	8三、實驗步驟	8四、實驗要求	10五、思考題	10  第2章  控制系統(tǒng)的時域分析	11實驗2.1  基于MATLAB的控制系統(tǒng)階躍響應(yīng)分析	11一、實驗?zāi)康?11二、實驗內(nèi)容	11三、實驗步驟	12四、實驗要求	13五、思考題	14實驗2.2  二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)分析	14一、實驗?zāi)康?14二、實驗內(nèi)容	14三、實驗步驟	15四、實驗要求	16五、思考題	16實驗2.3  基于MATLAB的控制系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)分析	16一、實驗?zāi)康?16二、實驗內(nèi)容	16三、實驗步驟	17四、實驗要求	18五、思考題	18實驗2.4  典型系統(tǒng)的電路模擬及系統(tǒng)性能分析	19一、實驗?zāi)康?19二、實驗內(nèi)容	19三、實驗步驟	19四、實驗要求	21五、思考題	22實驗2.5  系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差分析	22一、實驗?zāi)康?22二、實驗內(nèi)容	22三、實驗步驟	23四、實驗要求	23五、思考題	23實驗2.6  基于MATLAB的控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析	23一、實驗?zāi)康?23二、實驗內(nèi)容	24三、實驗步驟	25四、實驗要求	25五、思考題	26  第3章  根軌跡法	27實驗3.1  控制系統(tǒng)的根軌跡分析	27一、實驗?zāi)康?27二、實驗內(nèi)容	27三、實驗步驟	28四、實驗要求	30五、思考題	30實驗3.2  開環(huán)增益與零極點對系統(tǒng)性能的影響	30一、實驗?zāi)康?30二、實驗內(nèi)容	30三、實驗步驟	30四、實驗要求	35五、思考題	36實驗3.3  基于MATLAB的控制系統(tǒng)根軌跡繪制	36一、實驗?zāi)康?36二、實驗內(nèi)容	36三、實驗步驟	37四、實驗要求	39五、思考題	39實驗3.4  帶鋼厚度檢測延時系統(tǒng)根軌跡分析	40一、實驗?zāi)康?40二、實驗內(nèi)容	40三、實驗步驟	41四、實驗要求	41五、思考題	42實驗3.5  軋機厚度控制系統(tǒng)根軌跡分析	42一、實驗?zāi)康?42二、實驗內(nèi)容	42三、實驗步驟	44四、實驗要求	46五、思考題	47  第4章  控制系統(tǒng)的頻域分析	48實驗4.1  典型環(huán)節(jié)的頻率特性測量	48一、實驗?zāi)康?48二、實驗內(nèi)容	48三、實驗步驟	49四、實驗要求	50五、思考題	50實驗4.2  單容水箱液位PID控制實驗	50一、實驗?zāi)康?50二、實驗內(nèi)容	50三、實驗步驟	51四、實驗要求	52五、思考題	52實驗4.3  控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的研究	53一、實驗?zāi)康?53二、實驗內(nèi)容	53三、實驗步驟	54四、實驗要求	55五、思考題	55實驗4.4  基于MATLAB的控制系統(tǒng)的伯德圖繪制及分析	55一、實驗?zāi)康?55二、實驗內(nèi)容	55三、實驗步驟	56四、實驗要求	57五、思考題	58實驗4.5  基于MATLAB的控制系統(tǒng)的奈奎斯特圖繪制及分析	58一、實驗?zāi)康?58二、實驗內(nèi)容	58三、實驗步驟	59四、實驗要求	60五、思考題	60  第5章  控制系統(tǒng)的校正與設(shè)計	61實驗5.1  PID控制器的動態(tài)特性	61一、實驗?zāi)康?61二、實驗內(nèi)容	61三、實驗步驟	63四、實驗要求	63五、思考題	63實驗5.2  基于MATLAB的系統(tǒng)超前校正設(shè)計	63一、實驗?zāi)康?63二、實驗內(nèi)容	64三、實驗步驟	64四、實驗要求	65五、思考題	65實驗5.3  基于MATLAB的系統(tǒng)滯后校正設(shè)計	65一、實驗?zāi)康?65二、實驗內(nèi)容	65三、實驗步驟	66四、實驗要求	67五、思考題	68實驗5.4  基于MATLAB的系統(tǒng)滯后-超前校正設(shè)計	68一、實驗?zāi)康?68二、實驗內(nèi)容	68三、實驗步驟	68四、實驗要求	70五、思考題	70實驗5.5  隨動系統(tǒng)的校正	70一、實驗?zāi)康?70二、實驗內(nèi)容	71三、實驗步驟	71四、實驗要求	72五、思考題	72  第6章  非線性控制系統(tǒng)	73實驗6.1  典型非線性環(huán)節(jié)的Simulink仿真	73一、實驗?zāi)康?73二、實驗內(nèi)容	73三、實驗步驟	73四、實驗要求	73五、思考題	74實驗6.2  典型非線性環(huán)節(jié)的電路模擬與數(shù)字仿真研究	74一、實驗?zāi)康?74二、實驗內(nèi)容	74三、實驗步驟	74四、實驗要求	75五、思考題	75實驗6.3  非線性系統(tǒng)相平面法的電路模擬與數(shù)字仿真研究	75一、實驗?zāi)康?75二、實驗內(nèi)容	75三、實驗步驟	75四、實驗要求	76五、思考題	76實驗6.4  非線性系統(tǒng)描述函數(shù)法的電路模擬與數(shù)字仿真研究	76一、實驗?zāi)康?76二、實驗內(nèi)容	76三、實驗步驟	76四、實驗要求	77五、思考題	77  第7章  離散控制系統(tǒng)	78實驗7.1  采樣控制系統(tǒng)動態(tài)性能和穩(wěn)定性的混合仿真研究	78一、實驗?zāi)康?78二、實驗內(nèi)容	78三、實驗步驟	78四、實驗要求	79五、思考題	79實驗7.2  采樣控制系統(tǒng)串聯(lián)校正的混合仿真研究	79一、實驗?zāi)康?79二、實驗內(nèi)容	79三、實驗步驟	80四、實驗要求	80五、思考題	80實驗7.3  基于MATLAB的采樣控制系統(tǒng)分析	81一、實驗?zāi)康?81二、實驗內(nèi)容	81三、實驗步驟	81四、實驗要求	82五、思考題	82實驗7.4  采樣控制系統(tǒng)的設(shè)計	82一、實驗?zāi)康?82二、實驗內(nèi)容	82三、實驗步驟	83四、實驗要求	83五、思考題	83  第8章  狀態(tài)空間分析法	84實驗8.1  基于MATLAB的線性系統(tǒng)狀態(tài)空間描述	84一、實驗?zāi)康?84二、實驗內(nèi)容	84三、實驗步驟	84四、實驗要求	86五、思考題	86實驗8.2  狀態(tài)觀測器模擬電路仿真與分析	86一、實驗?zāi)康?86二、實驗內(nèi)容	86三、實驗步驟	86四、實驗要求	87五、思考題	87實驗8.3  基于MATLAB的狀態(tài)反饋系統(tǒng)的設(shè)計與分析	88一、實驗?zāi)康?88二、實驗內(nèi)容	88三、實驗步驟	88四、實驗要求	91五、思考題	92實驗8.4  極點配置全狀態(tài)反饋控制的電路模擬與數(shù)字仿真	92一、實驗?zāi)康?92二、實驗內(nèi)容	92三、實驗步驟	93四、實驗要求	93五、思考題	93實驗8.5  基于狀態(tài)空間方法的二級倒立擺控制算法設(shè)計	93一、實驗?zāi)康?93二、實驗內(nèi)容	93三、實驗步驟	96四、實驗要求	97五、思考題	97實驗8.6  基于MATLAB的最少拍控制系統(tǒng)設(shè)計	97一、實驗?zāi)康?97二、實驗內(nèi)容	97三、實驗步驟	99四、實驗要求	103五、思考題	104實驗8.7  基于MATLAB的線性二次最優(yōu)控制器設(shè)計	104一、實驗?zāi)康?104二、實驗內(nèi)容	104三、實驗步驟	105四、實驗要求	106五、思考題	107附錄A  ACT-I實驗箱典型環(huán)節(jié)的電路模擬實驗方案	108附錄B  ACT-I實驗箱慣性環(huán)節(jié)的電路模擬實驗方案	111附錄C  Simulink仿真環(huán)境簡介	115附錄D  實驗6.2的參考方案	117附錄E  實驗6.3的參考方案	121附錄F  實驗6.4的參考方案	126附錄G  實驗7.1的參考方案	129附錄H  實驗7.2的參考方案	132附錄I   實驗8.4的參考方案	135附錄J  實驗5.4中l(wèi)eadc函數(shù)示例	139附錄K  實驗5.4中perf函數(shù)示例	141參考文獻

章節(jié)摘錄

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編輯推薦

《控制原理與系統(tǒng)分析實驗教程》為國家精品課程“自動控制原理”配套實驗教材，電子信息與電氣學(xué)科規(guī)劃教材·自動化專業(yè)之一。

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