自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)技術(shù)

前言

自動(dòng)控制理論是研究控制問(wèn)題共同規(guī)律的技術(shù)科學(xué)，是對(duì)實(shí)際問(wèn)題的高度抽象。要將其應(yīng)用于工程實(shí)踐，必須解決一系列實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題。要解決理論教學(xué)這一局限性，需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)證實(shí)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)揭示理論的局限性，啟發(fā)學(xué)生正確理解實(shí)際問(wèn)題復(fù)雜性和抽象理論的指導(dǎo)意義。理論教學(xué)之后為了使學(xué)生能夠綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)去分析、解決實(shí)際控制問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際操作技能和創(chuàng)新能力，讓學(xué)生更全面、直觀地理解掌握自動(dòng)控制理論，只有通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)來(lái)實(shí)現(xiàn)。實(shí)踐性教學(xué)已成為自動(dòng)控制理論教學(xué)必不可少的環(huán)節(jié)。許多高校把自動(dòng)控制理論實(shí)驗(yàn)課程從自動(dòng)控制理論課程分離出來(lái)成為一門獨(dú)立課程，與理論教學(xué)并駕齊驅(qū)。自動(dòng)控制理論的教學(xué)模式變成：理論教學(xué)+實(shí)踐教學(xué)。這種模式分工明確，易于實(shí)施，學(xué)習(xí)高效，是從應(yīng)試教育轉(zhuǎn)向素質(zhì)教育的重大舉措.是提高教學(xué)質(zhì)量的新嘗試。經(jīng)過(guò)多年教學(xué)實(shí)踐，我們感到學(xué)生迫切需要一本系統(tǒng)、全面地介紹自動(dòng)控制理論實(shí)驗(yàn)技術(shù)教材，原有的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)已滿足不了綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)需要。學(xué)生應(yīng)較系統(tǒng)、全面地了解和認(rèn)識(shí)自動(dòng)控制理論實(shí)驗(yàn)技術(shù)，提高實(shí)際操作能力，為此編寫了這本教材。本書(shū)緊密結(jié)合自動(dòng)控制理論教學(xué)內(nèi)容，按照理論教學(xué)規(guī)律、次序，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從基礎(chǔ)到高級(jí)介紹了自動(dòng)控制理論實(shí)驗(yàn)技術(shù)和方法。為了體現(xiàn)學(xué)以致用的目的，激發(fā)學(xué)生分析問(wèn)題，解決問(wèn)題的熱情，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，在書(shū)中采取“問(wèn)題式”實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)條件缺失實(shí)驗(yàn)、過(guò)程實(shí)驗(yàn)，改變了過(guò)去重視結(jié)果實(shí)驗(yàn)及條件完備的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ健?shū)中提供了多種實(shí)驗(yàn)方法和手段。介紹了最先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)儀器和方法。計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)與物理系統(tǒng)模擬實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，極大地?cái)U(kuò)充了實(shí)驗(yàn)門類和方法，使學(xué)生在仿真研究基礎(chǔ)上，進(jìn)行實(shí)際系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)，使其能力得到充分發(fā)揮。

內(nèi)容概要

本書(shū)立足于讓學(xué)生掌握控制系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)的方法。為此每章首先從工程實(shí)踐角度介紹基本原理，然后介紹相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。全書(shū)共分9章，較全面地介紹了控制系統(tǒng)的經(jīng)典理論、數(shù)字控制、線性系統(tǒng)理論實(shí)驗(yàn)技術(shù)。特別是第9章，為了讓學(xué)生學(xué)會(huì)實(shí)際控制系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)方法，介紹了多種典型的控制系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。    全書(shū)內(nèi)容包括：第1章闡述自動(dòng)控制系統(tǒng)的一般概念，重點(diǎn)介紹開(kāi)環(huán)、閉環(huán)控制系統(tǒng)；第2章討論控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立、變換及其簡(jiǎn)化，重點(diǎn)介紹實(shí)驗(yàn)建模方法；第3章介紹控制系統(tǒng)時(shí)域分析方法，重點(diǎn)介紹系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)特性與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)關(guān)系；第4章介紹系統(tǒng)根軌跡分析設(shè)計(jì)方法；第5章介紹系統(tǒng)頻率特性分析和設(shè)計(jì)方法；第6章介紹非線性系統(tǒng)分析；第7章介紹數(shù)字控制系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)方法；第8章介紹控制系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)方法；第9章介紹綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。

書(shū)籍目錄

1、緒論　1.1 控制系統(tǒng)的兩種基本形式　1.2 對(duì)控制系統(tǒng)的要求　1.3 自動(dòng)控制理論研究的問(wèn)題　1.4 實(shí)驗(yàn)　　直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的演示實(shí)驗(yàn)2、線性系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型　2.1 系統(tǒng)的經(jīng)典數(shù)學(xué)模型　2.2 線性系統(tǒng)典型環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型　2.3 系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型　2.4 根據(jù)時(shí)域響應(yīng)確定數(shù)學(xué)模型　2.5 實(shí)驗(yàn)　　實(shí)驗(yàn)2.1 典型環(huán)節(jié)模擬與階躍響應(yīng)　　實(shí)驗(yàn)2.2 小功率直流電動(dòng)機(jī)一測(cè)速發(fā)電機(jī)組的實(shí)驗(yàn)建模3、控制系統(tǒng)的時(shí)域分析　3.1 一階、二階系統(tǒng)時(shí)域分析　3.2 高階系統(tǒng)的時(shí)域分析　3.3 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析　3.4 線性系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)　3.5 實(shí)驗(yàn)　　實(shí)驗(yàn)3.1 基于NATLAB的控制系統(tǒng)階躍響應(yīng)　　實(shí)驗(yàn)3.2 基于MATLAB的控制系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)　　實(shí)驗(yàn)3.3 基于MATLAB的控制系統(tǒng)時(shí)域分析　　實(shí)驗(yàn)3.4 二階系統(tǒng)模擬及動(dòng)態(tài)性能分析　　實(shí)驗(yàn)3.5 控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析　　實(shí)驗(yàn)3.6 控制系統(tǒng)臨界開(kāi)環(huán)增益與參量的關(guān)系　　實(shí)驗(yàn)3.7 開(kāi)環(huán)和閉環(huán)控制系統(tǒng)中小參量的處理　　實(shí)驗(yàn)3.8 控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)4、線性系統(tǒng)的根軌跡法　4.1 根軌跡法基本概念與根軌跡方程　4.2 根軌跡繪制的基本法則　4.3 實(shí)驗(yàn)　　基于NATLAB的控制系統(tǒng)的根軌跡繪制5、線性系統(tǒng)的頻域分析法　5.1 頻率特性及其幾何表示　5.2 開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的典型環(huán)節(jié)分解和開(kāi)環(huán)頻率特性曲線的繪制　5.3 奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)　5.4 頻域指標(biāo)與時(shí)域指標(biāo)的關(guān)系　5.5 由頻率特性確定傳遞函數(shù)　5.6 實(shí)驗(yàn)　　實(shí)驗(yàn)5.1 基于MATLAB的控制系統(tǒng)的伯德圖繪制及分析　　實(shí)驗(yàn)5.2 基于MATLAB的控制系統(tǒng)Nyquist圖繪制及分析　　實(shí)驗(yàn)5.3 模擬比例微分環(huán)節(jié)頻率特性的測(cè)試　　實(shí)驗(yàn)5.4 模擬比例環(huán)節(jié)、慣性環(huán)節(jié)和積分環(huán)節(jié)頻率特性的測(cè)試　　實(shí)驗(yàn)5.5 模擬振蕩環(huán)節(jié)頻率特性的測(cè)試　　實(shí)驗(yàn)5.6 控制系統(tǒng)頻率特性測(cè)量6、非線性系統(tǒng)的分析　6.1 非線性系統(tǒng)的特征　6.2 基于MATLAB的繼電型非線性控制系統(tǒng)分析　6.3 非線性特性的描述函數(shù)和分析　6.4 實(shí)驗(yàn)　　實(shí)驗(yàn)6.1 基于MATLAB的相平面作圖　　實(shí)驗(yàn)6.2 基于MATLAB的繼電型非線性控制系統(tǒng)分析　　實(shí)驗(yàn)6.3 典型非線性環(huán)節(jié)模擬實(shí)驗(yàn)　　實(shí)驗(yàn)6.4 非線性系統(tǒng)分析（利用相平面法）　　實(shí)驗(yàn)6.5 非線性系統(tǒng)分析（利用描述函數(shù)法）　　實(shí)驗(yàn)6.6 非線性系統(tǒng)的模擬實(shí)驗(yàn)7、數(shù)字控制系統(tǒng)　7.1 數(shù)字控制系統(tǒng)的組成及特點(diǎn)　7.2 信號(hào)的采樣和保持　7.3 數(shù)字控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型　7.4 數(shù)字控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性　7.5 數(shù)字控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能和暫態(tài)性能分析　7.6 數(shù)字控制器模擬化設(shè)計(jì)方法　7.7 數(shù)字控制器的離散化設(shè)計(jì)方法　7.8 實(shí)驗(yàn)　　實(shí)驗(yàn)7.1 基于MATLAB的采樣控制系統(tǒng)分析實(shí)驗(yàn)　　實(shí)驗(yàn)7.2 采樣控制系統(tǒng)的模擬實(shí)驗(yàn)　　實(shí)驗(yàn)7.3 SKI-Ⅱ型數(shù)字隨動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)8、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)　8.1 校正的作用　8.2 校正的基本方式　8.3 超前校正　8.4 滯后校正　8.5 滯后一超前校正　8.6 PID控制器　8.7 反饋校正　8.8 狀態(tài)變量反饋　8.9 實(shí)驗(yàn)　　實(shí)驗(yàn)8.1 基于MATLAB的系統(tǒng)校正設(shè)計(jì)：頻率法超前校正　　實(shí)驗(yàn)8.2 基于MATLAB的系統(tǒng)校正設(shè)計(jì)：頻率法滯后校正　　實(shí)驗(yàn)8.3 基于MATLAB的系統(tǒng)校正設(shè)計(jì)：根軌跡法超前校正　　實(shí)驗(yàn)8.4 基于MATLAB的系統(tǒng)校正設(shè)計(jì)：根軌跡法滯后校正　　實(shí)驗(yàn)8.5 基于MATLAB的系統(tǒng)校正設(shè)計(jì)：速度反饋校正　　實(shí)驗(yàn)8.6 基于MATLAB的系統(tǒng)校正設(shè)計(jì)：頻率法反饋校正　　實(shí)驗(yàn)8.7 控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型簡(jiǎn)化與近似　　實(shí)驗(yàn)8.8 系統(tǒng)內(nèi)環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化與近似　　實(shí)驗(yàn)8.9 傳遞函數(shù)零、極點(diǎn)對(duì)消的模擬實(shí)驗(yàn)　　實(shí)驗(yàn)8.10 控制系統(tǒng)串聯(lián)校正的模擬實(shí)驗(yàn)　　實(shí)驗(yàn)8.11 控制系統(tǒng)反饋校正的模擬實(shí)驗(yàn)　　實(shí)驗(yàn)8.12 連續(xù)系統(tǒng)串聯(lián)校正（一）　　實(shí)驗(yàn)8.13 連續(xù)系統(tǒng)串聯(lián)校正（二）　　實(shí)驗(yàn)8.14 旋轉(zhuǎn)倒立擺綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)9、綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)　　實(shí)驗(yàn)9.1 基于MATLAB的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)　　實(shí)驗(yàn)9.2 直線型倒立擺實(shí)驗(yàn)　　實(shí)驗(yàn)9.3 IPM100智能驅(qū)動(dòng)器球桿系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)　　實(shí)驗(yàn)9.4 SSC-I小功率位置隨動(dòng)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：（4）靈敏度系統(tǒng)中元件參數(shù)的改變對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)的影響，可用靈敏度表示。由于環(huán)境條件的變化，元件的不精確及老化等，都將引起系統(tǒng)參數(shù)的改變，從而引起輸出的改變。因此對(duì)于一個(gè)控制系統(tǒng)，要求靈敏度愈低愈好。自動(dòng)控制系統(tǒng)需要分析的問(wèn)題主要包括：系統(tǒng)的穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)響應(yīng)和暫態(tài)響應(yīng)與系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)（控制規(guī)律）、參量之間的關(guān)系。自動(dòng)控制理論不但要提供分析上述問(wèn)題的理論和方法，而且還要提供構(gòu)建一個(gè)符合要求的自動(dòng)控制系統(tǒng)的思路和方法，即系統(tǒng)設(shè)計(jì)。當(dāng)給定了被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型和系統(tǒng)性能要求時(shí)，可以利用簡(jiǎn)捷的方法解決以下問(wèn)題：①?zèng)Q定出一種合適的控制規(guī)律及相應(yīng)的參量；②不需求助于方程的解，而能從系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型近似地估計(jì)系統(tǒng)的性能；③若結(jié)果不能滿足要求，應(yīng)能明確改善系統(tǒng)性能的途徑。對(duì)于單變量集中參數(shù)線性定常確定性系統(tǒng)，能夠大體解決上述問(wèn)題的理論與簡(jiǎn)捷方法是比較成熟的，這就是習(xí)慣上常說(shuō)的經(jīng)典控制理論。本實(shí)驗(yàn)是一個(gè)實(shí)際物理系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，不要求學(xué)生自己動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，而由任課教師向?qū)W生操作演示，使學(xué)生對(duì)自動(dòng)控制理論課程包含的主要內(nèi)容有一個(gè)概括性的了解。1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康蘑倭私忾]環(huán)系統(tǒng)的構(gòu)成和反饋?zhàn)饔茫容^開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制系統(tǒng)的性能。②對(duì)閉環(huán)控制系統(tǒng)需要研究的穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)響應(yīng)、暫態(tài)響應(yīng)以及其與控制規(guī)律、參量間的關(guān)系建立初步的感性認(rèn)識(shí)。2.主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器實(shí)驗(yàn)原理線路如圖1-4所示。按以上原理圖，實(shí)驗(yàn)主要設(shè)備包括：①小功率永磁直流電動(dòng)機(jī)及與其同軸連接永磁測(cè)速發(fā)電機(jī)各一臺(tái)；②線性運(yùn)算放大器及由大功率晶體管組成的功率放大器；③直流穩(wěn)壓電源。

編輯推薦

《自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)技術(shù)》由哈爾濱工程大學(xué)出版社出版。

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