機(jī)電系統(tǒng)控制原理及應(yīng)用

內(nèi)容概要

　　本書主要內(nèi)容包括控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型、時(shí)域瞬態(tài)響應(yīng)分析、控制系統(tǒng)的頻率特性、控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析、控制系統(tǒng)的誤差分析和計(jì)算、控制系統(tǒng)的綜合與校正、根軌跡法、新型傳感器與執(zhí)行器、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例等。該書著重基本概念的建立和解決機(jī)電控制問(wèn)題的基本方法的闡明，引入了較多有實(shí)際背景的例題和習(xí)題，便于自學(xué)。
《機(jī)電系統(tǒng)控制原理及應(yīng)用》主要面向機(jī)械類、武器類和其他非控制專業(yè)高年級(jí)本科生、研究生，以及從事控制系統(tǒng)研究相關(guān)領(lǐng)域的科技人員參考。

書籍目錄

第1章  控制系統(tǒng)導(dǎo)論
  1.1  機(jī)電控制系統(tǒng)的基本概念
    1.1.1  機(jī)電一體化的概念與內(nèi)涵
    1.1.2  控制的基本概念
  1.2  機(jī)電控制系統(tǒng)的組成
    1.2.1  機(jī)電控制系統(tǒng)的組成概述
    1.2.2  控制裝置的功能
  1.3  機(jī)電控制系統(tǒng)的性能要求和指標(biāo)
    1.3.1  機(jī)電控制系統(tǒng)的性能要求
    1.3.2  機(jī)電控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)
  1.4  控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述
    1.4.1  自動(dòng)控制簡(jiǎn)史
    1.4.2  控制系統(tǒng)前瞻
    1.4.3  控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程
  1.5  典型機(jī)電控制系統(tǒng)
    1.5.1  磁盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)介紹
    1.5.2  磁盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟
  練習(xí)題
第2章  機(jī)電控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型
  2.1  控制系統(tǒng)時(shí)域數(shù)學(xué)模型的建立
    2.1.1  物理系統(tǒng)微分方程的建立
    2.1.2  物理系統(tǒng)的線性近似
  2.2  線性系統(tǒng)的傳遞函數(shù)
    2.2.1  傳遞函數(shù)定義
    2.2.2  拉氏變換
    2.2.3  關(guān)于傳遞函數(shù)的幾點(diǎn)說(shuō)明
    2.2.4  典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)
  2.3  控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖
    2.3.1  結(jié)構(gòu)圖的四種基本單元
    2.3.2  結(jié)構(gòu)圖的基本形式和等效變換
    2.3.3  五種常用的等效變換法則
    2.3.4  開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)和閉環(huán)傳遞函數(shù)
  2.4  信號(hào)流圖模型
  2.5  利用MATLAB進(jìn)行系統(tǒng)建模與仿真
    2.5.1  傳遞函數(shù)的多項(xiàng)式表示
    2.5.2  連續(xù)系統(tǒng)的模型轉(zhuǎn)換
    2.5.3  結(jié)構(gòu)圖化簡(jiǎn)
  2.6  設(shè)計(jì)實(shí)例——磁盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)數(shù)學(xué)建模
  練習(xí)題
第3章  時(shí)域分析法
  3.1  時(shí)間響應(yīng)性能指標(biāo)
    3.1.1  典型輸入信號(hào)
    3.1.2  階躍響應(yīng)性能指標(biāo)
  3.2  一階系統(tǒng)的時(shí)域分析
    3.2.1  一階系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型
    3.2.2  一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)
  3.3  二階系統(tǒng)的時(shí)域分析
    3.3.1  二階系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型
    3.3.2  二階系統(tǒng)特征方程
    3.3.3  二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)
    3.3.4  欠阻尼二階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)
    3.3.5  改善二階系統(tǒng)性能的措施
    3.3.6  高階系統(tǒng)的時(shí)域分析
  3.4  線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析
    3.4.1  線性系統(tǒng)穩(wěn)定性的定義
    3.4.2  系統(tǒng)穩(wěn)定充要條件
  3.5  線性系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差分析
    3.5.1  穩(wěn)態(tài)誤差的概念
    3.5.2  穩(wěn)態(tài)誤差的計(jì)算
    3.5.3  輸入信號(hào)作用下的穩(wěn)態(tài)誤差與系統(tǒng)型別的關(guān)系
    3.5.4  擾動(dòng)作用下穩(wěn)態(tài)誤差計(jì)算
  3.6  用MATLAB進(jìn)行系統(tǒng)時(shí)域分析
    3.6.1  繪制時(shí)域響應(yīng)曲線
    3.6.2  應(yīng)用MATLAB研究系統(tǒng)的穩(wěn)定性
  3.7  設(shè)計(jì)實(shí)例——磁盤驅(qū)動(dòng)讀取系統(tǒng)
  練習(xí)題
第4章  控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
  4.1  根軌跡法分析
    4.1.1  根軌跡概念
    4.1.2  根軌跡繪制基本法則
    4.1.3  根軌跡法應(yīng)用
    4.1.4  附加開(kāi)環(huán)零、極點(diǎn)的作用
  4.2  控制系統(tǒng)的頻域分析
    4.2.1  頻率特性及其與時(shí)域響應(yīng)的關(guān)系
    4.2.2  典型環(huán)節(jié)的頻率特性
    4.2.3  系統(tǒng)開(kāi)環(huán)頻率特性的繪制
    4.2.4  奈奎斯特判據(jù)和系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性
    4.2.5  系統(tǒng)頻域性能指標(biāo)
  4.3  串聯(lián)校正
    4.3.1  系統(tǒng)校正設(shè)計(jì)基礎(chǔ)
    4.3.2  串聯(lián)超前校正
    4.3.3  串聯(lián)滯后校正
    4.3.4  滯后一超前網(wǎng)絡(luò)
  4.4  MATIAB輔助分析與設(shè)計(jì)
    4.4.1  應(yīng)用MAT[AB分析根軌跡
    4.4.2  用MATIAB繪制頻率響應(yīng)圖
    4.4.3  利用MATLAB分析頻域穩(wěn)定性
  4.5  設(shè)計(jì)實(shí)例
  設(shè)計(jì)實(shí)例1——磁盤驅(qū)動(dòng)讀取系統(tǒng)設(shè)計(jì)
  設(shè)計(jì)實(shí)例2——轉(zhuǎn)子繞線機(jī)控制系統(tǒng)
  練習(xí)題
第5章  線性離散系統(tǒng)分析
  5.1  離散系統(tǒng)的基本概念
    5.1.1  采樣控制系統(tǒng)
    5.1.2  數(shù)字控制系統(tǒng)
    5.1.3  離散控制系統(tǒng)的特點(diǎn)和研究方法
  5.2  信號(hào)的采樣與保持
    5.2.1  數(shù)據(jù)采樣及數(shù)學(xué)描述
    5.2.2  采樣過(guò)程的數(shù)學(xué)描述
    5.2.3  采樣定理
    5.2.4  信號(hào)的復(fù)現(xiàn)
  5.3  z變換理論
    5.3.1  z變換定義
    5.3.2  z變換的性質(zhì)
    5.3.3  z變換的求法
    5.3.4  z反變換
  5.4  離散系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型
    5.4.1  線性常系數(shù)差分方程及其解法
    5.4.2  脈沖傳遞函數(shù)
  5.5  離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析
    5.5.1  離散系統(tǒng)的零、極點(diǎn)概念
    5.5.2  Z平面與S平面的影射關(guān)系
    5.5.3  離散系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件
    5.5.4  離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性判據(jù)
    5.5.5  離散系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差
    5.5.6  離散系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能分析
  5.6  應(yīng)用MATLAB設(shè)計(jì)數(shù)字控制系統(tǒng)
第6章  控制系統(tǒng)傳感器技術(shù)
  6.1  速度傳感器
    6.1.1  光電式轉(zhuǎn)速傳感器
    6.1.2  光纖多普勒速度傳感器
  6.2  MEMS慣性器件原理與應(yīng)用
    6.2.1  MEMS加速度計(jì)
    6.2.2  MEMS陀螺儀
  6.3  仿生傳感器技術(shù)
    6.3.1  視覺(jué)傳感器
    6.3.2  聽(tīng)覺(jué)(聲)傳感器
    6.3.3  觸覺(jué)傳感器
    6.3.4  接近覺(jué)傳感器
    6.3.5  力覺(jué)傳感器和滑覺(jué)傳感器
    6.3.6  嗅覺(jué)傳感器
    6.3.7  光流傳感器
  練習(xí)題
第7章  控制系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)技術(shù)
  7.1  步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)
    7.1.1  步進(jìn)電機(jī)工作原理
    7.1.2  步進(jìn)電機(jī)選型
  7.2  直流電機(jī)及控制
    7.2.1  直流電機(jī)控制原理
    7.2.2  直流電機(jī)選型
  7.3  超聲電機(jī)原理及應(yīng)用
    7.3.1  超聲電機(jī)概述
    7.3.2  超聲電機(jī)基本原理
    7.3.3  超聲電機(jī)應(yīng)用
  練習(xí)題
第8章  典型機(jī)電控制系統(tǒng)
  8.1  小型無(wú)人地面平臺(tái)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
    8.1.1  小型無(wú)人地面平臺(tái)簡(jiǎn)介
    8.1.2  小型無(wú)人地面平臺(tái)橫向控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖設(shè)計(jì)
    8.1.3  小型無(wú)人地面平臺(tái)運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)學(xué)模型建立
    8.1.4  小型無(wú)人地面平臺(tái)橫向控制系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計(jì)
    8.1.5  小型無(wú)人地面平臺(tái)橫向控制實(shí)驗(yàn)與分析
  8.2  偵察用飛行器飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
    8.2.1  偵察用飛行器簡(jiǎn)介
    8.2.2  偵察用飛行器飛行控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖設(shè)計(jì)
    8.2.3  偵察用飛行器運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)學(xué)模型建立
    8.2.4  偵察用飛行器飛行控制系統(tǒng)配平點(diǎn)分析
    8.2.5  偵察用飛行器飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真
    8.2.6  偵察用飛行器飛行控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)與分析
  8.3  旋轉(zhuǎn)彈舵機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
    8.3.1  帶舵機(jī)控制系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)彈
    8.3.2  旋轉(zhuǎn)彈控制系統(tǒng)原理框圖設(shè)計(jì)
    8.3.3  旋轉(zhuǎn)彈舵機(jī)控制力產(chǎn)生的機(jī)理
    8.3.4  旋轉(zhuǎn)彈運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型建立
    8.3.5  旋轉(zhuǎn)彈舵機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁(yè)：   插圖：   1）CMOS與CCD圖像傳感器原理、性能差別 CMOS與CCD相比，最主要差異是數(shù)據(jù)傳送的方式不同。由于CCD的特殊工藝可保證數(shù)據(jù)在傳送時(shí)不會(huì)失真，因此，CCD傳感器中每一行中每一個(gè)像素的電荷數(shù)據(jù)都會(huì)依次傳送到下一個(gè)像素中，由最底端輸出，再經(jīng)由傳感器邊緣的放大器進(jìn)行放大輸出；而在CMOS傳感器中，由于CMOS工藝水平及原理上的因素，導(dǎo)致數(shù)據(jù)在傳送距離較長(zhǎng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生噪聲，因此，必須先放大，再整合各個(gè)像素的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，這就要求每個(gè)像素都必須鄰接一個(gè)放大器及A／D轉(zhuǎn)換電路。 從原理角度，由于數(shù)據(jù)傳送方式不同，因此，CCD與CMOS圖像傳感器的一些關(guān)鍵參數(shù)指標(biāo)及應(yīng)用也存在著差異。①分辨率：CMOS傳感器的每個(gè)像素都比CCD傳感器復(fù)雜，其像素尺寸很難達(dá)到CCD傳感器的水平，因此，當(dāng)比較相同尺寸的CCD與CMOS傳感器時(shí)，CCD傳感器的分辨率通常會(huì)優(yōu)于CMOS傳感器的水平。②靈敏度：由于CMOS傳感器的每個(gè)像素都由光敏元件、圖像信號(hào)放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器等組成，使得每個(gè)像素的感光區(qū)域遠(yuǎn)小于像素本身的表面積，因此，在像素尺寸相同的情況下，CMOS傳感器的靈敏度要低于CCD傳感器。③噪聲：由于CMOS傳感器的每個(gè)感光二極管都需搭配一個(gè)放大器，而放大器屬于模擬電路，很難讓每個(gè)放大器所得到的結(jié)果保持一致，因此，與只有一個(gè)放大器放在芯片邊緣的CCD傳感器相比，CMOS傳感器的噪聲增加很多，圖像品質(zhì)受到影響。④功耗：CMOS傳感器的圖像采集方式為主動(dòng)式，感光二極管所產(chǎn)生的電荷會(huì)直接由晶體管放大輸出，但CCD傳感器為被動(dòng)式采集，需外加電壓讓每個(gè)像素中的電荷移動(dòng)，因此，CCD傳感器除了在電源管理電路設(shè)計(jì)上的難度更高之外，高驅(qū)動(dòng)電壓更使其功耗遠(yuǎn)高于CMOS傳感器的水平。⑤成本：由于CCD僅能輸出模擬信號(hào)，輸出的電信號(hào)還需經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器、地址譯碼器、圖像信號(hào)處理等環(huán)節(jié)，并且還須提供三組不同電壓的電源和同步時(shí)鐘控制，其電路集成度很低，制作成本較高，CMOS加工采用半導(dǎo)體廠生產(chǎn)集成電路的流程，可把光敏元件、圖像信號(hào)放大器、信號(hào)讀取電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、圖像信號(hào)處理器及控制器集成在一塊芯片上，還可附加存儲(chǔ)器，所以制作成本很低。 綜上所述，CCD傳感器在靈敏度、分辨率、噪聲控制等方面都優(yōu)于CMOS傳感器，而CMOS傳感器則具有低成本、低功耗以及高整合度的特點(diǎn)。不過(guò)，隨著CCD與CMOS傳感器技術(shù)的進(jìn)步，兩者的差異有逐漸縮小的趨勢(shì)。表6—2為CCD與CMOS圖像傳感器性能的比較。

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