現(xiàn)代機(jī)械裝備控制工程

前言

隨著控制技術(shù)的巨大進(jìn)步，機(jī)械裝備與控制理論的結(jié)合，使控制理論得到不斷的完善，國內(nèi)大學(xué)中已經(jīng)普遍開設(shè)了“現(xiàn)代機(jī)械裝備控制工程”這門課程。本書的特點(diǎn)是將控制理論與機(jī)械裝備應(yīng)用相結(jié)合，對生產(chǎn)過程裝備提出了一些新的控制方法，包括工藝過程分析。書中列舉了大量的應(yīng)用實(shí)例，如：注射機(jī)控制系統(tǒng)，反輻射導(dǎo)彈導(dǎo)引頭隨動系統(tǒng)設(shè)計(jì)，電熱箱溫度控制、蒸汽機(jī)渦輪發(fā)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)和多臺電動機(jī)協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)調(diào)速控制等。本書力求內(nèi)容新穎、理論結(jié)合實(shí)際，系統(tǒng)地把機(jī)械裝備與控制系統(tǒng)相結(jié)合，體現(xiàn)了控制理論與機(jī)械裝備相結(jié)合的特色。本書編寫中注意了以下幾個方面：①系統(tǒng)闡述基礎(chǔ)知識，不過多地作專門理論性的探討和論證，并結(jié)合應(yīng)用實(shí)例闡述理論內(nèi)容，力求圍繞工程內(nèi)容和應(yīng)用背景，由淺人深，重點(diǎn)指導(dǎo)如何正確運(yùn)用基本理論解決實(shí)際問題；②有針對地介紹常用控制理論和控制方法，便于讀者進(jìn)一步鞏固所學(xué)知識、并結(jié)合實(shí)際加以應(yīng)用；③選擇性地描述控制系統(tǒng)的應(yīng)用示范，包括機(jī)電、輕工等學(xué)科領(lǐng)域的控制系統(tǒng)內(nèi)容，著重說明控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成、控制方法、控制策略及實(shí)現(xiàn)方法，目的是引導(dǎo)讀者能正確運(yùn)用控制理論去解決工程中遇到的實(shí)際問題。

內(nèi)容概要

　　《全國工程碩士專業(yè)學(xué)位教育指導(dǎo)委員會推薦教材：現(xiàn)代機(jī)械裝備控制工程》闡述了自動控制理論的基本內(nèi)容，涵蓋了經(jīng)典控制理論與現(xiàn)代控制理論的基礎(chǔ)部分。全書分8章，主要內(nèi)容包括自動控制系統(tǒng)緒論；經(jīng)典控制理論；電機(jī)原理及控制；可控性、可觀測性與極點(diǎn)配置設(shè)計(jì)；最優(yōu)控制；自適應(yīng)控制的概念與基本方法；應(yīng)用舉例——反輻射導(dǎo)彈導(dǎo)引頭隨動系統(tǒng)設(shè)計(jì)；應(yīng)用舉例——電動注射機(jī)鎖模伺服電機(jī)控制。《全國工程碩士專業(yè)學(xué)位教育指導(dǎo)委員會推薦教材：現(xiàn)代機(jī)械裝備控制工程》理論結(jié)合實(shí)際，把機(jī)械裝備與控制系統(tǒng)相結(jié)合，體現(xiàn)了控制理論與機(jī)械裝備結(jié)合的特色。《全國工程碩士專業(yè)學(xué)位教育指導(dǎo)委員會推薦教材：現(xiàn)代機(jī)械裝備控制工程》還專為讀者提供了習(xí)題和答案，供讀者學(xué)習(xí)時使用。　　《全國工程碩士專業(yè)學(xué)位教育指導(dǎo)委員會推薦教材：現(xiàn)代機(jī)械裝備控制工程》可作為工程碩士研究生教材，也可作為機(jī)械類，電氣工程類學(xué)科本科生、碩士生的教科書，亦可供從事控制工程研究的科技人員及科研工作者參考。

書籍目錄

第1章 自動控制系統(tǒng)緒論1 1．1 自動控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史11．2 自動控制系統(tǒng)概述71．2．1 名詞術(shù)語71．2．2 自動控制系統(tǒng)簡介91．2．3 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)原則121．3 自動控制系統(tǒng)舉例181．3．1 電熱箱溫度控制系統(tǒng)181．3．2 角位移閉環(huán)隨動控制系統(tǒng)201．3．3 蒸汽機(jī)渦輪原動機(jī)——發(fā)電機(jī)組的液壓式調(diào)速系統(tǒng)21習(xí)題28第2章 經(jīng)典控制理論302．1 自動控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型302．1．1 物理系統(tǒng)的微分方程302．1．2 傳遞函數(shù)的定義和性質(zhì)342．1．3 線性系統(tǒng)的傳遞函數(shù)352．1．4 傳遞函數(shù)的零點(diǎn)和極點(diǎn)362．1．5 典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)372．1．6 方框圖模型382．1．7 繪制方框圖的步驟及特點(diǎn)392．1．8 方框圖的簡化402．1．9 線性微分方程的解452．2 控制系統(tǒng)的時域分析472．2．1 典型輸入信號和時域性能指標(biāo)472．2．2 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定特性分析512．2．3 穩(wěn)態(tài)誤差的確定522．2．4 一階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)562．2．5 二階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)592．2．6 時域分析性能指標(biāo)652．3 控制系統(tǒng)根軌跡方法702．3．1 根軌跡的基本概念702．3．2 繪制根軌跡的規(guī)則712．3．3 應(yīng)用根軌跡法進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)772．4 控制系統(tǒng)的頻率響應(yīng)822．4．1 頻率響應(yīng)法的基本概念822．4．2 對數(shù)坐標(biāo)圖872．4．3 極坐標(biāo)圖952．4．4 由頻率特性曲線求系統(tǒng)傳遞函數(shù)982．4．5 奈奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)1012．4．6 系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性1082．5 利用MATLAB繪制時域圖．頻率特性圖．根軌跡圖1092．5．1 運(yùn)用CSCAD進(jìn)行時域分析1102．5．2 運(yùn)用CSCAD軟件繪制根軌跡圖1102．5．3 運(yùn)用CSCAD軟件繪制系統(tǒng)的頻率特性圖114習(xí)題117第3章 電機(jī)原理及控制1223．1 三相異步電動機(jī)變頻控制技術(shù)1223．1．1 三相異步電動機(jī)原理1223．1．2 三相異步電動機(jī)變頻控制器結(jié)構(gòu)1253．1．3 異步電動機(jī)變頻器原理基礎(chǔ)1293．1．4 正弦波SPWM電路1353．1．5 異步電動機(jī)矢量變換控制算法1403．2 無刷直流電動機(jī)1523．2．1 無刷直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理1523．2．2 三相無刷直流電動機(jī)星形連接全橋驅(qū)動原理1583．2．3 三相無刷直流電動機(jī)的DSP控制1613．2．4 無刷直流電動機(jī)的控制方法1623．2．5 多相電動機(jī)控制舉例1683．3 交流伺服電動機(jī)結(jié)構(gòu)．原理及控制算法1723．3．1 三相永磁同步伺服電動機(jī)結(jié)構(gòu)及原理1723．3．2 交流永磁同步電動機(jī)數(shù)學(xué)模型的建立1763．3．3 空間矢量脈寬調(diào)制1813．3．4 空間矢量PWM波的生成1843．3．5 VSR空間矢量PWM的合成1873．4 開關(guān)磁阻電動機(jī)的結(jié)構(gòu)與原理1903．4．1 開關(guān)磁阻電動機(jī)的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)1903．4．2 開關(guān)磁阻電動機(jī)的功率驅(qū)動電路1933．4．3 開關(guān)磁阻電動機(jī)的線性模式分析1953．4．4 開關(guān)磁阻電動機(jī)的應(yīng)用203習(xí)題206第4章 可控性．可觀測性與極點(diǎn)配置設(shè)計(jì)2074．1 狀態(tài)空間模型2074．2 狀態(tài)空間表達(dá)式2104．2．1 狀態(tài)方程的解2114．2．2 狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的性質(zhì)2124．2．3 Φ(t)或eAt的計(jì)算2134．2．4 線性定常系統(tǒng)非齊次方程的解2144．3 系統(tǒng)的可控性和可觀測性2164．3．1 線性時變系統(tǒng)的可控性2164．3．2 線性定常系統(tǒng)的可控性2194．3．3 線性時變系統(tǒng)的可觀測性2244．3．4 線性定常系統(tǒng)的可觀測性2264．3．5 可控性和可觀測性的對偶關(guān)系2284．4 可控標(biāo)準(zhǔn)型和可觀測標(biāo)準(zhǔn)型2294．4．1 系統(tǒng)的可控標(biāo)準(zhǔn)型2294．4．2 系統(tǒng)的可觀測標(biāo)準(zhǔn)型2324．5 線性系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分解2344．5．1 按可控性的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分解2344．5．2 按可觀測性的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分解2354．5．3 按可控性和可觀測性的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)分解2374．6 觀測器設(shè)計(jì)2384．6．1 全維觀測器2384．6．2 降維觀測器240習(xí)題242第5章 最優(yōu)控制2455．1 最優(yōu)控制問題2455．2 變分求解最優(yōu)控制問題2475．2．1 變分法求最優(yōu)問題2475．2．2 變分法求最優(yōu)控制2515．3 極小值原理及最小時間控制2585．3．1 連續(xù)系統(tǒng)的極小值原理2585．3．2 離散系統(tǒng)的極小值原理2605．3．3 線性定常系統(tǒng)時間最優(yōu)控制2625．4 二次型性能指標(biāo)的最優(yōu)控制問題2645．4．1 狀態(tài)調(diào)節(jié)器2655．4．2 輸出調(diào)節(jié)器2685．5 多臺電機(jī)協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)的最優(yōu)控制2705．5．1 誤差變量法的基本原理2705．5．2 系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型及閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2715．5．3 系統(tǒng)的仿真實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析276習(xí)題279第6章 自適應(yīng)控制的概念與基本方法2826．1 自適應(yīng)控制概述2826．1．1 自適應(yīng)控制問題的提出2826．1．2 自適應(yīng)控制的定義2846．1．3 自適應(yīng)控制的基本形式2866．2 模型匹配自適應(yīng)控制2886．2．1 參數(shù)最優(yōu)化設(shè)計(jì)法2886．2．2 李亞普諾夫函數(shù)法2906．3 最小方差調(diào)節(jié)和預(yù)測2926．3．1 最小方差調(diào)節(jié)律2926．3．2 最優(yōu)預(yù)測2936．3．3 閉環(huán)特性2946．4 自適應(yīng)控制過程2956．5 最小方差自校正調(diào)節(jié)2986．5．1 廣義最小方差控制2996．5．2 最小方差自校正控制算法3026．6 造紙機(jī)的自適應(yīng)控制系統(tǒng)3036．6．1 生產(chǎn)過程3036．6．2 自調(diào)準(zhǔn)調(diào)節(jié)器3046．6．3 算法程序305習(xí)題306第7章 應(yīng)用舉例——反輻射導(dǎo)彈導(dǎo)引頭隨動系統(tǒng)設(shè)計(jì)3087．1 緒論3087．1．1 反輻射導(dǎo)彈導(dǎo)引頭隨動系統(tǒng)工作原理3087．1．2 性能指標(biāo)3107．2 方案論證3107．2．1 液壓伺服隨動系統(tǒng)3117．2．2 電動平臺隨動系統(tǒng)3137．3 控制系統(tǒng)及元件的設(shè)計(jì)3177．3．1 對隨動系統(tǒng)角速度及角加速度的要求3187．3．2 負(fù)載力矩3197．3．3 伺服電機(jī)選擇3207．3．4 陀螺儀的選擇3247．4 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真3257．4．1 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)3257．4．2 仿真330第8章 應(yīng)用舉例——電動注射機(jī)鎖模伺服電機(jī)控制3368．1 電動注射機(jī)3368．1．1 電動注射機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)3368．1．2 電動注射機(jī)的控制系統(tǒng)3408．2 全電動注射機(jī)開合模控制3418．2．1 電動注射機(jī)合模裝置3418．2．2 伺服電動機(jī)控制器設(shè)計(jì)348附錄A控制系統(tǒng)MATLAB計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CSCAD)Ver3．0 和輔助教學(xué)課件(CAICS)Ver2．0 使用說明355A．1 CSCADVer3．0 簡介356A．2 CAICSVer2．0 簡介357習(xí)題參考答案359參考文獻(xiàn)368

章節(jié)摘錄

插圖：3．4．4開關(guān)磁阻電動機(jī)的應(yīng)用1．開關(guān)磁阻電動機(jī)（SRD）系統(tǒng)的特點(diǎn)SRD系統(tǒng)具有一些很有特色的優(yōu)點(diǎn)：（1）電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固，制造工藝簡單，成本低，可工作于極高轉(zhuǎn)速；定子線圈嵌放容易，端部尺寸短而牢固；工作可靠，能適用于各種惡劣、高溫甚至強(qiáng)振動環(huán)境。（2）損耗主要產(chǎn)生在定子，電動機(jī)易于冷卻；轉(zhuǎn)子無永磁體高溫退磁現(xiàn)象，可允許有較高的溫度。（3）轉(zhuǎn)矩方向與電流方向無關(guān)，因而可簡化功率變換器，降低系統(tǒng)成本；同時功率變換器不會出現(xiàn)直通故障，可靠性高。（4）起動轉(zhuǎn)矩大，低速性能好，無感應(yīng)電動機(jī)在起動時所出現(xiàn)的沖擊電流現(xiàn)象。（5）調(diào)速范圍寬，控制靈活，易于實(shí)現(xiàn)各種特殊要求的轉(zhuǎn)矩一速度特性。（6）在較廣的轉(zhuǎn)速和功率范圍內(nèi)具有較高的效率，能四象限運(yùn)行，具有較強(qiáng)的再生制動能力。（7）有很好的容錯能力，可以缺相運(yùn)行。這些優(yōu)點(diǎn)使得SRD系統(tǒng)在家用電器、通用工業(yè)、伺服與調(diào)速系統(tǒng)、牽引電動機(jī)、高轉(zhuǎn)速電動機(jī)等方面得到廣泛的應(yīng)用。

編輯推薦

《現(xiàn)代機(jī)械裝備控制工程》為全國工程碩士專業(yè)學(xué)位教育指導(dǎo)委員會推薦教材之一。

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