單元1 自動(dòng)控制系統(tǒng)基礎(chǔ) 1
教學(xué)導(dǎo)航 1
1.1 自動(dòng)控制的概念及發(fā)展 2
1.1.1 自動(dòng)控制的基本概念 2
1.1.2 自動(dòng)控制的發(fā)展階段 3
1.2 自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成與控制方式 4
1.2.1 自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成框圖 4
1.2.2 自動(dòng)控制系統(tǒng)組成框圖繪制 5
1.2.3 自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制方式 7
技能訓(xùn)練1 單閉環(huán)有靜差直流調(diào)速系統(tǒng)組成框圖繪制 8
1.3 自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類 9
1.4 自動(dòng)控制系統(tǒng)的性能及分析方法 10
1.4.1 自動(dòng)控制系統(tǒng)的性能要求 10
1.4.2 自動(dòng)控制系統(tǒng)的性能分析方法 11
1.5 MATLAB應(yīng)用基礎(chǔ) 12
1.5.1 MATLAB工作環(huán)境 12
1.5.2 m文件 13
1.5.3 MATLAB基本語(yǔ)句結(jié)構(gòu) 15
1.5.4 MATLAB的運(yùn)算 16
1.5.5 MATLAB二維圖形繪制 19
知識(shí)梳理與總結(jié) 21
思考與練習(xí)題1 22
單元2 自動(dòng)控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型建立 24
教學(xué)導(dǎo)航 24
2.1 拉氏變換及其應(yīng)用 25
2.1.1 拉氏變換定義 25
2.1.2 常用函數(shù)的拉氏變換 25
2.1.3 拉氏變換的運(yùn)算定理 27
2.1.4 拉氏反變換 30
2.1.5 應(yīng)用拉氏變換求解微分方程 32
2.2 時(shí)域數(shù)學(xué)模型―微分方程 33
2.2.1 自動(dòng)控制系統(tǒng)微分方程的建立 33
2.2.2 運(yùn)動(dòng)的模態(tài) 35
2.3 復(fù)域數(shù)學(xué)模型―傳遞函數(shù) 36
2.3.1 傳遞函數(shù)的定義和性質(zhì) 36
2.3.2 傳遞函數(shù)的求取 37
技能訓(xùn)練2 用MATLAB建立傳遞函數(shù)參數(shù)模型 40
2.3.3 典型環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型 42
技能訓(xùn)練3 自動(dòng)控制系統(tǒng)典型環(huán)節(jié)的模擬與測(cè)試 48
2.4 自動(dòng)控制系統(tǒng)的方框圖 50
2.4.1 方框圖的組成與建立 50
2.4.2 有關(guān)方框圖的幾個(gè)概念 53
2.4.3 方框圖的等效變換與簡(jiǎn)化 53
2.4.4 梅遜公式 56
技能訓(xùn)練4 基于MATLAB的模型等效變換與簡(jiǎn)化 57
2.5 反饋控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù) 61
2.5.1 系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù) 62
2.5.2 系統(tǒng)的誤差傳遞函數(shù) 62
技能訓(xùn)練5 單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型建立 63
2.6 Simulink建立系統(tǒng)模型及數(shù)字仿真 66
2.6.1 Simulink啟動(dòng)及模塊庫(kù) 67
2.6.2 使用Simulink建立系統(tǒng)方框圖模型 69
2.6.3 利用Simulink進(jìn)行數(shù)字仿真 70
知識(shí)梳理與總結(jié) 74
思考與練習(xí)題2 75
單元3 自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)域分析法 79
教學(xué)導(dǎo)航 79
3.1 系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)與性能指標(biāo) 80
3.1.1 自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng) 80
3.1.2 自動(dòng)控制系統(tǒng)的性能指標(biāo) 80
技能訓(xùn)練6 基于MATLAB的系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)分析 82
3.2 一階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能分析 85
3.2.1 一階系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 85
3.2.2 一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)及動(dòng)態(tài)性能指標(biāo) 85
3.3 二階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能分析 87
3.3.1 二階系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 87
3.3.2 二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng) 88
3.3.3 欠阻尼二階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo) 90
3.3.4 二階系統(tǒng)性能的改善 93
技能訓(xùn)練7 典型二階系統(tǒng)模擬電路及性能分析測(cè)試 94
3.4 高階系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能分析 96
技能訓(xùn)練8 基于MATLAB的高階系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能分析 98
3.5 線性系統(tǒng)穩(wěn)定性分析 101
3.5.1 穩(wěn)定性的基本概念 101
3.5.2 線性系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件 102
3.5.3 勞斯穩(wěn)定判據(jù) 103
3.5.4 利用MATLAB分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性 106
技能訓(xùn)練9 三階系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 109
3.6 線性系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能分析 112
3.6.1 誤差與穩(wěn)態(tài)誤差 112
3.6.2 系統(tǒng)型別 113
3.6.3 給定輸入信號(hào)作用下的穩(wěn)態(tài)誤差計(jì)算 114
3.6.4 擾動(dòng)輸入信號(hào)作用下的穩(wěn)態(tài)誤差計(jì)算 117
技能訓(xùn)練10 基于Simulink系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差分析 119
技能訓(xùn)練11 轉(zhuǎn)速負(fù)反饋有靜差直流調(diào)速系統(tǒng)性能分析 120
技能訓(xùn)練12 調(diào)速系統(tǒng)的分析、調(diào)試與維護(hù) 122
知識(shí)梳理與總結(jié) 124
思考與練習(xí)題3 125
單元4 自動(dòng)控制系統(tǒng)頻域分析法 128
教學(xué)導(dǎo)航 128
4.1 頻率特性基本概念 129
4.1.1 頻率特性定義 129
4.1.2 頻率特性與傳遞函數(shù)的關(guān)系 130
4.1.3 頻率特性的數(shù)學(xué)表示法 130
4.1.4 頻率特性的圖形表示法 131
4.2 典型環(huán)節(jié)頻率特性 133
4.2.1 比例環(huán)節(jié)頻率特性 133
4.2.2 積分環(huán)節(jié)頻率特性 134
4.2.3 微分環(huán)節(jié)頻率特性 135
4.2.4 慣性環(huán)節(jié)頻率特性 135
4.2.5 比例-微分環(huán)節(jié)頻率特性 137
4.2.6 振蕩環(huán)節(jié)頻率特性 138
4.2.7 延遲環(huán)節(jié)頻率特性 140
技能訓(xùn)練13 典型環(huán)節(jié)頻率特性測(cè)試 141
4.3 開(kāi)環(huán)幅相頻率特性曲線繪制 143
4.4 開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性曲線繪制 146
4.4.1 疊加法繪制 146
4.4.2 直接法繪制 148
4.4.3 小相位系統(tǒng) 149
4.4.4 傳遞函數(shù)的頻域?qū)嶒?yàn)確定 150
4.5 頻域的穩(wěn)定判據(jù) 151
4.5.1 閉環(huán)特征式的構(gòu)造與特點(diǎn) 151
4.5.2 映射定理 151
4.5.3 開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)不含積分環(huán)節(jié)的奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù) 152
4.5.4 開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)含積分環(huán)節(jié)的奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù) 156
4.5.5 對(duì)數(shù)頻率穩(wěn)定判據(jù) 158
技能訓(xùn)練14 基于MATLAB繪制開(kāi)環(huán)幅相頻率特性曲線及其穩(wěn)定性分析 159
4.6 穩(wěn)定裕度 162
4.6.1 相角裕度 162
4.6.2 幅值裕度 165
技能訓(xùn)練15 基于MATLAB繪制開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性曲線及其頻域分析 166
4.7 頻率特性與系統(tǒng)性能的關(guān)系 169
4.7.1 開(kāi)環(huán)頻域指標(biāo)與時(shí)域指標(biāo)間的關(guān)系 169
4.7.2 開(kāi)環(huán)頻率特性分析閉環(huán)系統(tǒng)性能 171
4.7.3 閉環(huán)頻域指標(biāo)與時(shí)域指標(biāo)間的關(guān)系 172
知識(shí)梳理與總結(jié) 174
思考與練習(xí)題4 175
單元5 線性系統(tǒng)的校正與設(shè)計(jì) 179
教學(xué)導(dǎo)航 179
5.1 校正方式與裝置 180
5.1.1 校正概念 180
5.1.2 校正方式 180
5.1.3 校正裝置 181
5.2 串聯(lián)校正 183
5.2.1 串聯(lián)超前校正 183
5.2.2 串聯(lián)滯后校正 187
5.2.3 串聯(lián)滯后-超前校正 191
技能訓(xùn)練16 自動(dòng)控制系統(tǒng)的串聯(lián)校正設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 194
技能訓(xùn)練17 基于MATLAB的串聯(lián)校正設(shè)計(jì)與仿真 196
5.3 基本PID控制 198
5.3.1 比例控制 198
5.3.2 比例-微分控制 199
5.3.3 比例-積分控制 201
5.3.4 比例-積分-微分控制 203
技能訓(xùn)練18 PID控制器設(shè)計(jì)及其參數(shù)整定 204
知識(shí)梳理與總結(jié) 207
思考與練習(xí)題5 208