現(xiàn)代控制技術(shù)

前言

預(yù)期使用與水平《現(xiàn)代控制技術(shù)：組件與系統(tǒng)》（第三版）可應(yīng)用于企業(yè)的技術(shù)培訓(xùn)中，它還適用于如下專業(yè)的課程，如工業(yè)控制、工業(yè)電子、控制系統(tǒng)、機(jī)電系統(tǒng)。學(xué)習(xí)本書前，至少應(yīng)掌握基本交直流電路。如果還掌握了如下知識，將更為有利。包括固態(tài)電路和運(yùn)算電路、基本數(shù)字電路、微處理器、物理知識（盡管這些都會(huì)在本書中講解）。本書的難度屬于中等。只要求具有代數(shù)相關(guān)的數(shù)學(xué)知識，而不要求積分和拉普拉斯變換的使用。大多數(shù)情況下，如果討論的主題超過了我們所要求的知識水平，本書會(huì)引入實(shí)際應(yīng)用中的實(shí)例來講解這個(gè)主題所涉及的基本概念。目標(biāo)和方法許多技術(shù)專業(yè)的學(xué)生往往僅學(xué)習(xí)一門控制和電機(jī)接口的課程。而本課程將覆蓋：（1）機(jī)電部件，如傳感器，電動(dòng)機(jī)，驅(qū)動(dòng)電路；（2）機(jī)械和電子間的接口電路；（3）部分機(jī)械領(lǐng)域的知識，如齒輪、彈簧、摩擦和慣性；（4）基本反饋控制理論，它們將上面所有的概念結(jié)合在一起。本書覆蓋了下面的主題：每章都闡釋了實(shí)際工業(yè)控制系統(tǒng)的一個(gè)方面。

內(nèi)容概要

本書使用了大量的例程，清晰、明確地解釋了現(xiàn)代自動(dòng)控制系統(tǒng)和工業(yè)電子的基本理論。本書結(jié)構(gòu)清晰緊湊。首先介紹了典型的控制系統(tǒng)，然后討論基本組件：傳感器、電線、電動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)控制電路、機(jī)械部件等，并使讀者有一種身臨其境的感受。在書的最后部分，通過討論控制策略、控制類型，包括可編程邏輯控制器等，將上述基本組件聯(lián)系在一起。整本書都體現(xiàn)了控制技術(shù)的先進(jìn)性和綜合性，書中有很多必要的物理和機(jī)械概念的基礎(chǔ)知識，例如線性運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，彈簧、摩擦、傳動(dòng)裝置、杠桿、熱轉(zhuǎn)換和能量轉(zhuǎn)換，這在其他同類書籍中是沒有的。數(shù)字控制的概念在書中的開始部分就提了出來，并且一直貫穿整本書。同時(shí)書中也講了模擬概念。第三版的圖書新增了以下內(nèi)容：數(shù)字“面板安裝”的控制器、差動(dòng)齒輪、絕緣柵極晶體管（IGBT）、超聲波接近傳感器、電感式接近傳感器、超聲波流量傳感器和串級控制。同時(shí)對原有的部分內(nèi)容進(jìn)行了補(bǔ)充，更好的強(qiáng)調(diào)主題，如交流變頻電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)、PID控制和AS-I傳感器工廠網(wǎng)絡(luò)。

作者簡介

Christopher T.Kilian，畢業(yè)于美國加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校(UCIA)，工程碩士學(xué)位。他是馬里蘭州專業(yè)注冊工程師，目前任圣安尼阿侖戴爾社區(qū)學(xué)院(Ann Arundel Community College)工程技術(shù)系主任。

書籍目錄

第1章  控制系統(tǒng)概述  1.1 控制系統(tǒng)　　1.1.1概述和背景　　1.1.2開環(huán)控制系統(tǒng)　　1.1.3閉環(huán)控制系統(tǒng)　　1.1.4傳遞函數(shù)  1.2 模擬和數(shù)字控制器  1.3 控制系統(tǒng)的分類　　1.3.1過程控制　　1.3.2運(yùn)動(dòng)控制第2章  基于微處理器控制的介紹  2.1 微處理器系統(tǒng)硬件概述  2.2 微處理器工作原理  2.3 微處理器控制器的接口連接　　2.3.1并行接口　　2.3.2串行接口  2.4 控制器的編程  2.5 基于微處理器的控制器　　2.5.1單片機(jī)（微控制器）　　2.5.2單板計(jì)算機(jī)　　2.5.3數(shù)字“面板安裝”控制器面板　　2.5.4可編程邏輯控制器　　2.5.5PC機(jī)在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用第3章  運(yùn)算放大器和信號調(diào)節(jié)  3.1 運(yùn)算放大器　　3.1.1簡介　　3.1.2電壓跟隨器　　3.1.3反相放大器　　3.1.4同相放大器　　3.1.5加法器　　3.1.6差分放大器和儀器放大器　　3.1.7積分器和微分器　　3.1.8分貝（db）　　3.1.9有源濾波器　　3.1.10比較器  3.2專用接口電路　　3.2.1電流環(huán)（電壓-電流轉(zhuǎn)換器）　　3.2.2模擬開關(guān)電路　　3.2.3采樣保持電路  3.3 信號傳輸　　3.3.1接大地和接地環(huán)路　　3.3.2隔離電路　　3.3.3屏蔽　　3.3.4屏蔽接地需要考慮的事項(xiàng)　　3.3.5實(shí)際配線需要考慮的事項(xiàng)第4章  開關(guān)、繼電器及功率控制半導(dǎo)體器件  4.1 開關(guān)　　4.1.1撥動(dòng)開關(guān)　　4.1.2按鈕式開關(guān)　　4.1.3其他開關(guān)類型  4.2 繼電器　　4.2.1機(jī)電繼電器　　4.2.2固態(tài)繼電器  4.3 功率晶體管　　4.3.1雙極型晶體管　　4.3.2場效應(yīng)管　　4.3.3絕緣柵雙極型晶體管  4.4 可控硅整流器  4.5 雙向晶閘管　　4.5.1延遲和導(dǎo)通周期的計(jì)算  4.6 觸發(fā)器件　　4.6.1單結(jié)晶體管　　4.6.2可編程單結(jié)晶體管　　4.6.3二端交流開關(guān)元件第5章  機(jī)械系統(tǒng)   5.1 機(jī)械零部件的力學(xué)性能　　5.1.1總論　　5.1.2摩擦　　5.1.3彈簧　　5.1.4質(zhì)量和慣性　　5.1.5線性運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的基本運(yùn)動(dòng)方程　　5.1.6旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的基本運(yùn)動(dòng)公式　　5.1.7杠桿   5.2 能量　　5.2.1能量轉(zhuǎn)換　　5.2.2熱傳導(dǎo)   5.3整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的響應(yīng)　　5.3.1欠阻尼、臨界阻尼和過阻尼機(jī)械系統(tǒng)　　5.3.2機(jī)械共振   5.4 齒輪     5.4.1直齒輪     5.4.2使用齒輪傳動(dòng)改變轉(zhuǎn)速     5.4.3使用齒輪傳遞功率     5.4.4長距離輪系     5.4.5蝸輪蝸桿傳動(dòng)     5.4.6諧波齒輪傳動(dòng)     5.4.7差速齒輪系   5.5 離合器和制動(dòng)器     5.5.1離合器     5.5.2制動(dòng)器   5.6 其他動(dòng)力傳遞技術(shù)     5.6.1帶傳動(dòng)     5.6.2滾子鏈第6章  傳感器   6.1 位置傳感器     6.1.1電位計(jì)     6.1.2光學(xué)旋轉(zhuǎn)編碼器     6.1.3線性可變差動(dòng)變壓器   6.2 角速度傳感器     6.2.1采用位置傳感器獲得速度     6.2.2轉(zhuǎn)速表   6.3 接近式傳感器     6.3.1限位開關(guān)     6.3.2光學(xué)接近傳感器     6.3.3商用光電傳感器     6.3.4超聲波接近傳感器     6.3.5電感式接近傳感器     6.3.6霍爾效應(yīng)接近傳感器   6.4 負(fù)荷和力傳感器     6.4.1粘貼絲式應(yīng)變器     6.4.2半導(dǎo)體壓力傳感器     6.4.3其他力傳感器   6.5 壓力傳感器     6.5.1波登管     6.5.2膜盒     6.5.3半導(dǎo)體壓力傳感器   6.6 溫度傳感器     6.6.1雙金屬溫度傳感器     6.6.2熱電偶     6.6.3熱電阻檢測器     6.6.4熱敏電阻     6.6.5集成溫度傳感器   6.7 流量傳感器     6.7.1壓力型流量傳感器     6.7.2渦流流量傳感器     6.7.3超聲波流量計(jì)     6.7.4電磁流量計(jì)   6.8 液位傳感器     6.8.1離散液位檢測器     6.8.2連續(xù)液位檢測器   6.9 視頻傳感器     6.9.1工業(yè)用視頻傳感器系統(tǒng)第7章  直流電動(dòng)機(jī)   7.1 工作原理   7.2 繞線式直流電動(dòng)機(jī)     7.2.1串勵(lì)電動(dòng)機(jī)     7.2.2并勵(lì)電動(dòng)機(jī)     7.2.3復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)   7.3 永磁電動(dòng)機(jī)     7.3.1轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的關(guān)系     7.3.2電動(dòng)機(jī)的電路模型（可選）   7.4 直流電動(dòng)機(jī)控制電路     7.4.1直流電動(dòng)機(jī)控制的模擬驅(qū)動(dòng)     7.4.2永磁電動(dòng)機(jī)的雙向旋轉(zhuǎn)     7.4.3直流電動(dòng)機(jī)的脈寬調(diào)制     7.4.4PWM控制電路     7.4.5大型電動(dòng)機(jī)的直流電機(jī)控制     7.4.6直流電動(dòng)機(jī)制動(dòng)   7.5 小型直流電動(dòng)機(jī)的綜合應(yīng)用   7.6 無電刷直流電動(dòng)機(jī)第8章  步進(jìn)電動(dòng)機(jī)　8.1 永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)　　 8.1.1負(fù)載對步進(jìn)電機(jī)的影響　　 8.1.2工作模式　　 8.1.3永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁模式　　 8.1.4四相（單極）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)　　 8.1.5有效的永磁步進(jìn)電動(dòng)機(jī)　8.2 變磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)　8.3 混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)　8.4 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制電路　 8.4.1控制兩相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)　 8.4.2控制四相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)　 8.4.3微步步進(jìn)　 8.4.4高步進(jìn)速率情況下改進(jìn)轉(zhuǎn)矩　8.5 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用：磁盤驅(qū)動(dòng)頭的定位第9章  交流電動(dòng)機(jī)　9.1 交流電源　 9.1.1背景　 9.1.2單相交流電　 9.1.3三相交流電　 9.1.4電氣安全　 9.1.5接地故障斷路器　9.2 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)　 9.2.1工作原理　 9.2.2單相電動(dòng)機(jī)　 9.2.3三相電動(dòng)機(jī)　 9.2.4裂相控制電動(dòng)機(jī)　 9.2.5交流伺服電動(dòng)機(jī)　9.3 同步電動(dòng)機(jī)　 9.3.1工作原理　 9.3.2功率因數(shù)校正和同步電動(dòng)機(jī)　 9.3.3小型同步電動(dòng)機(jī)　9.4 通用電動(dòng)機(jī)　9.5 交流電動(dòng)機(jī)控制　 9.5.1啟?？刂啤?9.5.2微動(dòng)　 9.5.3降壓啟動(dòng)　 9.5.4電動(dòng)機(jī)的變速控制　 9.5.5變頻（V/Hz）驅(qū)動(dòng)　 9.5.6矢量驅(qū)動(dòng)第10章  執(zhí)行機(jī)構(gòu)：電動(dòng)、液壓和氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)　10.1 電動(dòng)線性執(zhí)行機(jī)構(gòu)　  10.1.1絲杠線性執(zhí)行機(jī)構(gòu) 　 10.1.2螺線管　　10.1.3直線電機(jī)　　10.2 液壓系統(tǒng)　　10.2.1液壓的基本原理    10.2.2液壓泵    10.2.3液壓執(zhí)行元件    10.2.4壓力控制閥    10.2.5蓄能器    10.2.6方向控制閥  10.3 氣壓系統(tǒng)    10.3.1壓縮機(jī)、干燥器和儲(chǔ)氣罐    10.3.2調(diào)壓閥    10.3.3氣動(dòng)控制閥    10.3.4氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)  10.4 流量控制閥第11章  反饋控制原理  11.1 性能指標(biāo)  11.2 開關(guān)控制器    11.2.1雙位控制    11.2.2三位控制  11.3 比例控制    11.3.1穩(wěn)態(tài)誤差問題    11.3.2重力問題    11.3.3偏差    11.3.4模擬比例控制器  11.4 積分控制  11.5 微分控制  11.6 比例+積分+微分控制    11.6.1模擬PID控制器    11.6.2數(shù)字PID控制器    11.6.3穩(wěn)定性    11.6.4PID控制器整定    11.6.5采樣率    11.6.6自整定  11.7 串級控制  11.8 PIP控制器  11.9 模糊邏輯控制器    11.9.1介紹    11.9.2單輸入系統(tǒng)的例子    11.9.3雙輸入系統(tǒng)的例子    11.9.4結(jié)束語第12章  繼電器邏輯、可編程邏輯控制器和運(yùn)動(dòng)控制器  12.1 繼電器邏輯控制    12.1.1繼電器邏輯    12.1.2梯形圖    12.1.3定時(shí)器、計(jì)數(shù)器和序列發(fā)生器   12.2 可編程邏輯控制器    12.2.1簡介    12.2.2PLC設(shè)置步驟    12.2.3PLC的運(yùn)行過程   12.3 PLC的編程    12.3.1梯形圖編程    12.3.2其他PLC編程語言   12.4 PLC和網(wǎng)絡(luò)   12.5 運(yùn)動(dòng)控制器附錄A   J型熱電偶表格（華氏和攝氏溫度）附錄B   APS開始學(xué)習(xí)指南和RS Logix 500附錄C   術(shù)語表附錄D   奇數(shù)練習(xí)題的答案

章節(jié)摘錄

插圖：由于機(jī)械本身可以做出常規(guī)決定，人為操作就可以免去了。在許多情況下，機(jī)械智能比人為控制更好，因?yàn)樗梢宰龀隹焖倩蛘呔徛捻憫?yīng)（追蹤長期的緩慢改變），這種反應(yīng)更加精確，且保持系統(tǒng)性能最佳?？刂葡到y(tǒng)可以以幾種方法分類。標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)可以自動(dòng)保持參數(shù)為（或者接近）某個(gè)特定值。這樣的例子有家庭加熱系統(tǒng)，盡管外界條件變化它都將保持在一定溫度。跟隨系統(tǒng)，它會(huì)使系統(tǒng)的輸出跟隨預(yù)先設(shè)定好的路徑。這樣的例子有工業(yè)機(jī)器人將零件從一個(gè)地方移動(dòng)到另一個(gè)地方。事件控制系統(tǒng)，它控制著一系列順序發(fā)生的事件。這樣的例子有洗衣機(jī)，它按照一系列已編好的程序步驟實(shí)現(xiàn)循環(huán)。當(dāng)生命出現(xiàn)時(shí)，自然控制系統(tǒng)就已經(jīng)存在了。想一想人類身體是如何調(diào)整溫度。如果人類身體需要升溫，那么食物的能量就可以轉(zhuǎn)換為熱量；另一方面，蒸發(fā)可使身體冷卻。由于蒸發(fā)效果不是很明顯（尤其在潮濕的氣候），因此我們的身體溫度比地球的溫度略高。如果身體的溫度傳感器得知溫度下降了，它將向身體發(fā)出燃燒更多燃料的信號。如果它意識到身體溫度太高了，就會(huì)發(fā)出信號使身體出汗。從古希臘時(shí)代開始，人造控制系統(tǒng)就以某些形式存在了。書上曾描述過一個(gè)有趣的裝置——一個(gè)永不消失的水池。水池里有個(gè)隱藏的浮球和類似馬桶裝置里的變換閥。當(dāng)水面下降時(shí)，浮球下沉，這時(shí)閥門開啟使水流進(jìn)來。電子控制系統(tǒng)是20世紀(jì)的產(chǎn)物。機(jī)電繼電器被開發(fā)出來并用于電機(jī)和設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。繼電器和開關(guān)也用來作為簡單的邏輯門來實(shí)現(xiàn)智能。真空管技術(shù)的應(yīng)用使得控制系統(tǒng)在第二次世界大戰(zhàn)期間有了顯著的發(fā)展。動(dòng)態(tài)位置控制系統(tǒng)（伺服機(jī)構(gòu)）被開發(fā)出來，用于航空器、槍塔、魚雷中。今天，位置控制系統(tǒng)用于機(jī)械工具、工業(yè)過程控制、機(jī)器人、汽車和辦公設(shè)備中。同時(shí)，在電子方面的其他發(fā)展對控制系統(tǒng)也有一定的影響。在電動(dòng)機(jī)控制電路中，固態(tài)裝置開始取代繼電器。模擬控制器中，晶體管和集成電路運(yùn)算放大器也得到應(yīng)用。數(shù)字集成電路已取代了常見的繼電器邏輯。最后，也是最為顯著的，由微處理器創(chuàng)造出了數(shù)字控制器，這些數(shù)字控制器便宜、可靠、能夠控制復(fù)雜過程而且是可調(diào)整的（如果任務(wù)改變，控制器可以重新編程）。控制系統(tǒng)覆蓋許多方面內(nèi)容：電子（模擬的和數(shù)字的）、電力控制裝置、傳感器、電動(dòng)機(jī)、機(jī)械學(xué)和控制系統(tǒng)理論。控制系統(tǒng)理論將所有這些概念聯(lián)系在一起。許多學(xué)生發(fā)現(xiàn)控制系統(tǒng)的知識非常有趣，因?yàn)樗婕耙恍├碚搼?yīng)用方面，而這些應(yīng)用在生活中已經(jīng)出現(xiàn)過。

編輯推薦

《現(xiàn)代控制技術(shù):組件與系統(tǒng)(第3版)》基于代數(shù)學(xué)、有大量清楚的解說、實(shí)際的例子、和簡明的計(jì)算，給出實(shí)用的答案引用當(dāng)前技術(shù)領(lǐng)域中的實(shí)際例子，清晰地闡述各個(gè)器件的工作原理，以及它們是如何在一起工作的，這種方式更清楚地解釋了現(xiàn)代控制理論的核心內(nèi)容每章內(nèi)容前，有知識要點(diǎn)，幫助讀者掌握重點(diǎn)內(nèi)容輕松，口語式的寫作方式，大量的分析說明

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