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内容简介

本书从实际应用出发,介绍了自动控制的基本理论及其工程应用,内容包括自动控制系统的基本概念,控制系统的数学模型,拉斯变换与拉斯反变换,系统的时域分析法、PID调节对系统性能指标的影响等内容,结合MATLAB、EWB软件构造仿真模型、实验等形式强调物理概念、减少繁琐数学推导、加深理解，本书注意突出重点、讲练结合，以"温馨提示”形式对重点知识进行总结归纳。全书有较多的例题和习题，并在每章开始配有学习目标，每章后附有小结，以利巩固基础知识和训练解决实际问题的能力。

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ISBN：9787121316579

开本：16开

页数：192

字数：307.0

本书目录

第1章  自动控制系统概述 / 1
1.1  自动控制的基本概念 / 1
1.1.1  了解自动控制系统 / 2
1.1.2  控制系统中的信号 / 4
1.2  自动控制的基本方式 / 5
1.2.1  开环控制系统 / 5
1.2.2  闭环控制系统 / 6
1.2.3  复合控制系统 / 7
1.3  控制系统的性能指标 / 8
1.4  自动控制系统的分类 / 10
1.5  趣味了解自动控制理论的发展 / 12
你知道吗？
自动控制技术在都江堰水利工程中的应用 / 13
本章回顾 / 15
习题1 / 15
第2章  自动控制系统的数学模型 / 18
2.1  控制系统的微分方程 / 19
2.1.1  建立微分方程 / 19
2.1.2  拉斯变换与拉斯反变换 / 20
2.1.3  用拉普拉斯变换求解线性微分方程 / 27
2.2  线性系统的传递函数 / 28
2.2.1  传递函数的基本概念 / 28
2.2.2  传递函数的求取方法 / 29
2.2.3  典型环节的传递函数 / 34
2.2.4  典型环节阶跃响应实验 / 49
2.3  动态结构图 / 51
2.3.1  动态结构图的建立 / 52
2.3.2  动态结构图的等效变换 / 54
2.4  控制系统的传递函数 / 60
你知道吗？ / 63
汽车发动机燃油供给系统的闭环控制 / 63
本章回顾 / 65
习题2 / 65
第3章  时域分析法 / 69
3.1  控制系统的典型输入信号及其性能指标 / 70
3.2  一阶系统的时域分析 / 74
3.2.1  一阶系统的数学模型及性能分析 / 74
3.2.2  一阶系统阶跃响应实验 / 79
3.3  二阶系统的时域分析 / 81
3.3.1  二阶系统数学模型及性能分析 / 81
3.3.2  二阶系统阶跃响应实验 / 88
3.3.3  二阶系统性能的改善 / 90
3.4  高阶系统的动态分析 / 92
3.5  控制系统的稳定性分析 / 94
3.5.1  系统稳定的充要条件与劳斯稳定判据 / 95
3.5.2   控制系统稳定性研究实验 / 102
3.6  控制系统的稳态误差分析 / 104
3.6.1  稳态误差的分析与计算 / 104
3.6.2  系统稳态误差研究实验 / 111
你知道吗？ / 113
自动控制技术在工业机器人中的应用 / 113
本章回顾 / 116
习题3 / 116
第4章  PID调节器 / 119
4.1  PID调节器的作用 / 119
4.2  PID控制中P、I、D的意义 / 121
4.3  PID控制的动态校正实验 / 123
4.4  带PID功能的变频器MM440简介 / 126
4.4.1  MM440变频器的外部端子及参数设置 / 126
4.4.2  MM440变频器的模拟量控制运行操作 / 128
4.4.3  MM440变频器的PID控制运行操作 / 130
4.5  西门子S7-200PLC中的PID指令介绍 / 134
你知道吗？ / 136
闭环控制在飞机自动驾驶仪控制系统中的应用 / 136
本章回顾 / 138
习题4 / 138
第5章  PID控制系统应用举例 / 139
5.1  变频恒压供水系统 / 140
5.1.1  变频恒压供水系统的工作原理 / 140
5.1.2  恒压供水系统的设计 / 141
5.2  基于PLC、变频器的转速闭环调速系统 / 142
5.2.1  转速闭环调速系统的工作原理 / 143
5.2.2  基于PLC、变频器的闭环调速系统的设计 / 143
5.3  基于MATLAB的球杆系统 / 148
5.3.1  球杆系统的工作原理 / 148
5.3.2  基于MATLAB的球杆系统系统的设计 / 148
5.4  基于LABVIEW的位置控制系统 / 152
5.4.1  位置控制系统的工作原理 / 152
5.4.2  位置控制系统的设计 / 152
你知道吗？ / 155
自动控制技术在太阳能电池板自动跟踪系统中的应用 / 155
本章回顾 / 158
习题5 / 158
第6章  MATLAB7.0软件及其Simulink模块介绍 / 159
6.1  Simulink功能模块 / 159
6.2  Simulink的启动与退出 / 160
6.3  Simulink的操作 / 163
第7章  EWB软件的使用 / 168
7.1  EWB基本界面 / 168
7.2  示波器的使用 / 173
7.3  自动延时开关的使用 / 176
附录A  中英文对照的名词术语索引表
附录B  本书常用字符表
附录C  常用函数的拉斯变换表
参考文献 / 181

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前言

本书适用于高职高专的电气自动化、工业过程自动化、机电一体化技术、太阳能应用技术等各类相关专业的学生、非控制类本科生和控制工程技术人员阅读。
自动控制技术应用广泛，本书除了介绍自动控制的基本理论—自动控制系统的基本概念,控制系统的数学模型,系统的时域分析法，PID调节器，PID控制系统应用举例等内容以外，还在每章后安排了一个知识拓展模块—以“你知道吗？”形式分别介绍自动控制技术在各行各业中的应用实例，如自动控制在都江堰水利工程中的应用、在工业机器人中的应用等等，既展现自动控制技术在各行各业的应用，又能结合这些应用实例让读者体会闭环控制的魅力。
本书内容结构
教材中的章节将分为三大模块：第一模块为前三章，主要介绍自动控制系统的基本知识，包括自动控制系统的基本概念，控制系统的数学模型，系统的时域分析法；第二模块为第四章和第五章，包括PID调节器，PID控制系统应用举例。结合目前先进的、工控领域应用较多的各类工控装置（如可编程控制PLC、变频器等）及控制软件（虚拟仪器技术LABVIEW，数学建模、仿真控制软件MATLAB等），介绍PID调节器及多个PID应用系统，对于有意构造PID控制系统的读者起到启发思维、抛砖引玉的作用。第三模块包括第六章和第七章，介绍MATLAB7.0软件及Simulink模块和EWB软件的功能及使用方法。
本书特色
① 在教材的每章末以“你知道吗？”形式分别介绍“自动控制技术在都江堰水利工程中的应用”、“汽车发动机燃油供给系统的闭环控制”、“自动控制技术在工业机器人中的应用”、“闭环控制在飞机自动驾驶仪中的应用”、“自动控制技术在太阳能电池板自动跟踪系统中的应用”等控制系统应用实例，涉及行业领域较广。
② 教材中所开设的实验内容除了可以用硬件设备完成外，均可以用仿真软件以虚拟实验的形式完成，不受设备和场地的限制。“典型环节的阶跃响应实验”、“一阶系统阶跃响应实验”、“二阶系统阶跃响应实验”、“控制系统稳定性研究实验”和“系统稳态误差研究实验”可以用EWB软件完成。“PID控制的动态校正实验”用MATLAB的Simulink模块仿真完成。
③ 以扫二维码形式，可以获得更多文字、视频素材。文字素材可以帮助学习者拓展学习自控理论，11段视频素材清晰展示了仿真实验全过程，学习更轻松。
④ 教材秉承“理论够用，注重实练”的原则，在章节的相应内容中以“练一练”的形式安排了不同习题，保证随讲随练，并以“温馨提示”的形式对相应的知识点进行总结或点拨解题技巧；
本课程教学方法及学时建议
本课程建议以“讲练结合”为主、“虚拟仿真、教学互动”为辅的方式进行学习。
① 在讲解知识的同时在课堂上完成“练一练”所配备的课堂练习，及时巩固所学知识；
② 在学习“2.2.3典型环节的传递函数”节、“4.1PID调节器的作用”等节内容时，淡化理论推导，让学员以MatLAB的Simulink模块为平台，亲自去构造各典型环节、各PID校正系统，通过仿真运行观察其动态曲线来学习典型环节的特性、体会PID校正的作用，体验式教学学习效果更好。
③ 在学习本书时，建议读者分两种情况对待：只学习过《电工基础》的初学者学习到第四章内容时，先不学习“4.4节”“4.5节”，学习第五章时先不学习“5.1.2节”“5.2.2节”、“5.3.2节”和“5.4.2节”，即先学习各PID控制系统的工作原理，对各系统的具体设计方法不要求去学习了解；对于已经熟悉了西门子MM440变频器、可编程控制器或LABVIEW、MATLAB软件的学习者可以通读全书内容。
建议学时约56学时（每章中的“你知道吗”部分不占用学时，建议课后自主学习了解）；在每章开始配有“学习目标”，每章各节中有“温馨提示”，每章后附有小结、习题。书后附有习题答案。并配有免费的电子教案。读者在学习中还可以扫描教材中的二维码，可以获取对自控理论知识的扩展知识及自控应用系统的视频及工作原理讲解。

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