機(jī)電控制工程基礎(chǔ)

前言

　　自動(dòng)控制技術(shù)作為一種技術(shù)手段已廣泛地應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸和國防建設(shè)等領(lǐng)域。指導(dǎo)自動(dòng)控制系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)的控制理論也有了很大的發(fā)展。在20世紀(jì)40年代和50年代中發(fā)展起來的經(jīng)典控制理論至今仍被成功地應(yīng)用于單變量定常系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)。為了適應(yīng)廣播電視大學(xué)機(jī)電類本科生教學(xué)的需要，根據(jù)相應(yīng)的教學(xué)大綱和學(xué)時(shí)安排，遵循“必需”、“夠用”的原則，選取了經(jīng)典控制理論的基礎(chǔ)部分作為主要內(nèi)容，編寫了本教材。　　本書共安排6章內(nèi)容：　　第1章介紹了自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念，重點(diǎn)討論了反饋控制系統(tǒng)的工作原理和組成，并初步介紹了控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)?！　〉?章介紹了自動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，包括微分方程、傳遞函數(shù)及圖形化的數(shù)學(xué)模型——系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，并介紹了利用結(jié)構(gòu)圖的等效變換來確定系統(tǒng)傳遞函數(shù)的方法。　　第3章介紹了自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析，重點(diǎn)討論了一階系統(tǒng)、二階系統(tǒng)的分析和計(jì)算，系統(tǒng)穩(wěn)定性分析（勞斯判據(jù)），穩(wěn)態(tài)誤差的分析與計(jì)算?！　〉?章介紹了根軌跡法，包括根軌跡方程與根軌跡的繪制法則及利用根軌跡對系統(tǒng)的性能進(jìn)行分析的方法?！　〉?章介紹了頻率響應(yīng)法，包括頻率特性及其圖示方法和物理意義，頻域穩(wěn)定判據(jù)及開、閉環(huán)頻率特性與系統(tǒng)性能的關(guān)系。

內(nèi)容概要

本教材是在總結(jié)近年來教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)并借鑒同類優(yōu)秀教材的基礎(chǔ)上，根據(jù)中央廣播電視大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)“機(jī)電控制工程”教學(xué)大綱編寫而成的。
本書較全面、系統(tǒng)地闡述了經(jīng)典控制理論的基本概念、基本原理和自動(dòng)控制系統(tǒng)的主要分析方法，主要內(nèi)容包括：線性連續(xù)定常系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立，分析系統(tǒng)的時(shí)域法、根軌跡法和頻率法，線性系統(tǒng)的校正和綜合等問題，并在附錄中介紹了拉氏變換等基礎(chǔ)知識(shí)，各章均附有適當(dāng)?shù)牧?xí)題。
本書可作為普通高等學(xué)校機(jī)電類專業(yè)的本科教材，也可作為成人教育和繼續(xù)教育的教材，還可作為科技人員的參考書。

書籍目錄

1 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念
  1.1 概述
  1.2 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本環(huán)節(jié)及表達(dá)式
  1.3 自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類
  1.4 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求
  習(xí)題
2 自動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型
  2.1 控制系統(tǒng)微分方程的建立
  2.2 非線性數(shù)學(xué)模型的線性化
  2.3 傳遞函數(shù)
  2.4 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖
  習(xí)題
3 自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析
  3.1 自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析基礎(chǔ)
  3.2 一階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)
  3.3 二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)
  3.4 高階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)
  3.5 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析
  3.6 控制系統(tǒng)的誤差分析
  習(xí)題
4 根軌跡法
  4.1 根軌跡的基本概念
  4.2 根軌跡的繪制法則
  4.3 典型系統(tǒng)的根軌跡
  4.4 廣義根軌跡
  4.5 用根軌跡法分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性
  習(xí)題
5 頻率響應(yīng)法
  5.1 頻率特性的基本概念
  5.2 典型環(huán)節(jié)的頻率特性
  5.3 系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性
  5.4 用頻率特性分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性
  5.5 頻率特性分析
  習(xí)題
6 控制系統(tǒng)的校正與綜合
  6.1 概述
  6.2 串聯(lián)校正
  6.3 基于頻率法的串聯(lián)校正
  6.4 基于根軌跡法的串聯(lián)校正
  6.5 反饋校正
  6.6 前饋校正
  6.7 系統(tǒng)設(shè)計(jì)中常遇到的一些問題
  習(xí)題
機(jī)電控制工程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)
實(shí)驗(yàn)1 典型環(huán)節(jié)的模擬研究
實(shí)驗(yàn)2 動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的時(shí)域分析
實(shí)驗(yàn)3 動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的數(shù)值模擬
實(shí)驗(yàn)4 動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的頻率特性研究
實(shí)驗(yàn)5 動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的校正研究
附錄1 XMN－2型自動(dòng)控制原理學(xué)習(xí)機(jī)系統(tǒng)使用手冊
附錄2 拉普拉斯變換及反變換
附錄3 常見的無源及有源校正網(wǎng)絡(luò)
參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　在各種生產(chǎn)過程以及生產(chǎn)設(shè)備中，常常需要使其中某些物理量（如溫度、壓力、位置和轉(zhuǎn)速等）保持恒定，或者讓它們按照一定的規(guī)律變化。要滿足這種需要，就應(yīng)該對生產(chǎn)機(jī)械或設(shè)備進(jìn)行及時(shí)的控制和調(diào)整，以抵消外界的擾動(dòng)和影響。那么，控制系統(tǒng)是怎樣實(shí)現(xiàn)對這些物理量的自動(dòng)控制的呢？自動(dòng)控制系統(tǒng)為什么能夠保持溫度、壓力或轉(zhuǎn)速恒定？火炮又為什么能夠自動(dòng)跟蹤目標(biāo)？要回答這些問題，我們還是先看看恒溫控制系統(tǒng)這個(gè)例子，研究一下它是怎樣實(shí)現(xiàn)恒溫控制的，在這個(gè)基礎(chǔ)上再總結(jié)出控制系統(tǒng)的共同規(guī)律?！　?shí)現(xiàn)恒溫控制有兩種方法：人工控制和自動(dòng)控制，其中，很多自動(dòng)控制都是受到人工控制的啟發(fā)而實(shí)現(xiàn)的。圖1－1所示為人工控制的恒溫控制箱。人工控制的任務(wù)是克服外來干擾（如電源電壓波動(dòng)、環(huán)境溫度變化等），保持恒溫箱的溫度恒定，以滿足物體對溫度的要求。這可以通過移動(dòng)調(diào)壓器活動(dòng)觸頭的位置來改變加熱電阻絲的電流，以達(dá)到所要求的溫度的目的。箱內(nèi)溫度是由溫度計(jì)進(jìn)行測量的。人工調(diào)節(jié)過程可以歸納如下：　　（1）觀察由測量元件（溫度計(jì)）測出的恒溫箱的溫度（被控制量）?！　。?）與要求的溫度值（給定值）進(jìn)行比較，得出偏差大小和方向?！　。?）根據(jù)偏差的大小和方向再進(jìn)行控制。若恒溫箱的溫度高于所要求的給定溫度值，就移動(dòng)調(diào)壓器將電流減小，使溫度降到正常范圍內(nèi)；若恒溫箱的溫度低于給定的溫度值，就移動(dòng)調(diào)壓器將電流增加，使溫度升到正常范圍內(nèi)。　　因此，人工控制的過程就是測量、求偏差、再控制以糾正偏差的過程。簡單地講，就是“檢測偏差用以糾正偏差”的過程。顯然，其中需要一個(gè)測量元件（溫度計(jì)）和一個(gè)控制元件（如調(diào)壓器），并需要將被控制量（恒溫箱的溫度）與給定溫度進(jìn)行比較，以及決定怎樣去控制調(diào)壓器，這些都是通過人來實(shí)現(xiàn)的。

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