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第一章自动控制系统设计概述1

1.1控制系统的类型及组成1

1.1.1顺序控制系统1

目 录1

1.1.2反馈控制系统2

1.1.3复合控制系统2

1.2.2反馈控制系统的设计技术指标3

16.2.4解耦方程 653

1.2.1 顺序控制系统的设计技术指标3

1.2控制系统的设计技术指标3

1.2.3复合控制系统的设计技术指标5

1.3控制系统的设计问题5

1.3.1 设计大纲5

1.3.2设计步骤6

1.3.3基本设计7

1.3.4详细设计9

第二章控制系统模型10

2.1控制系统模型及其分类10

2.1.1连续时间系统数学模型10

2.1.2离散时间系统数学模型10

2.1.3多变量系统数学模型及其特点10

2.2控制系统建模与校模13

2.2.1先验知识的利用与建模方法选择13

2.2.2输入信号的选择14

2.2.3 观测数据的采集和预处理15

2.2.4阶和时延的检验17

2.3系统模型工程确定方法19

2.3.1 分析法19

2.3.2时域法21

2.3.3频域法21

2.3.4相关分析法24

2.4系统模型确定实例24

3.1单回路控制系统31

3.1.1单回路控制系统31

第三章生产过程控制技术基础31

3.1.2控制规律（调节规律）35

3.1.3常用的几种PID控制规律37

3.1.4积分饱和问题39

3.2复合控制系统40

3.3非线性控制系统工程设计41

3.3.1 位式控制41

3.3.2 Bang—Bang控制42

3.3.3 非线性过程的非线性控制44

3.3.4线性过程的非线性控制47

4.1概述51

第四章控制系统计算机辅助设计51

4.2.1数据共享功能53

4.2.2图形显示及绘图功能53

4.2 CSCAD的系统功能53

4.2.3扩展功能54

4.2.4人—机对话功能54

4.3 CSCAD的设计功能55

4.3.1控制系统分析、设计功能55

4.3.2仿真功能55

4.3.3模型的变换、分解、合成功能56

5.1.1可靠度、维修度、有效度57

5.1可靠性的基本概念57

第五章控制系统可靠性57

5.1.2可靠度函数58

5.1.3常用系统的可靠度60

5.2控制系统的可靠性分析60

5.2.1环境与失效61

5.2.2失效模式后果致命度分析61

5.2.3故障树分析62

5.2.4软件故障模式分析62

5.3可靠性设计63

5.3.1可靠性设计的方法63

5.3.2可靠度的分配原则65

5.3.3可靠度优化设计66

5.4可靠性试验及预测66

5.4.1可靠性试验66

5.4.2可靠性预测67

6.1 危险环境、爆炸性气体及防爆68

结构的分类68

6.1.1危险环境的分类68

6.1.2爆炸性混合物的分类68

第六章控制系统安全保护对策68

6.1.3防爆结构的种类69

6.2隔爆型防爆结构69

6.2.1隔爆型69

6.2.3爆炸强度试验70

6.2.5 温度试验70

6.2.4爆炸点火试验70

6.2.2隔爆型接合面的结构参数70

6.3.2安全栅71

6.3安全火花型防爆结构71

6.3.1安全火花型71

6.4噪声及其对策72

6.4.1产生噪声的原因72

6.4.2降低噪声影响的方法73

第七章测量元件及测量电路75

7.1过程量测量元件75

7.1.1概述75

7.1.2温度测量元件75

7.1.3压力测量元件83

7.1.4流量测量元件90

7.1.5湿度测量元件94

7.1.6液位测量元件97

7.1.7密度测量元件99

7.1.8粘度测量元件100

7.1.9成分测量元件101

7.2机械量测量元件105

7.2.1 概述105

7.2.2位移、角度测量元件105

7.2.3速度、加速度测量元件127

7.2.4姿态测量元件130

7.2.5转速测量元件134

7.2.6力应变测量元件146

7.2.7力矩测量元件149

7.2.8荷重测量元件151

7.2.9厚度测量元件155

7.3.2编码盘157

7.3数字测量元件157

7.3.1 概述157

7.3.3光电码盘158

7.3.4光栅163

7.3.5磁尺165

7.3.6感应同步器及测量电路170

7.3.7细分技术176

7.4新型测量元件181

7.4.1固体图像器件类型及应用181

7.4.2激光测量仪185

7.4.3光纤传感器187

7.4.4红外辐射传感器192

7.5.1桥式测量电路196

7.5测量电路196

7.5 2脉冲型测量电路202

第八章信号放大与变换206

引言206

8.1运算放大器206

8.1.1运算放大器模型207

8.1.2基本运算放大电路207

8.1.3运算放大器的实际参数及减小运算放大器误差的方法209

8.2信号放大器212

8.2.1电压放大器212

8.2.2电流放大器215

8.2.3电荷放大器216

8.3.1低通滤波器216

8.3信号处理电路216

8.3.2高通滤波器218

8.3.3带通滤波器220

8.3.4带阻滤波器（陷波滤波器）223

8.3.5移相滤波器（全通滤波器）225

8.3.6峰值检波器（峰值保持器）227

8.3.7采样保持电路228

8.3.8电压比较器230

8.4运算电路231

8.4.1求和放大器231

8.4.2微分电路232

8.4.3积分电路233

8.4.4对数电路234

8.4.5反对数电路235

8.4.6乘除电路236

8.4.7平方、开方电路237

8.4.8绝对值电路237

8.5变换电路238

8.5.1 电压—电流变换电路239

8.5.2电容—电感转换电路239

8.5.3电容倍增电路240

8.6.1正弦波发生器240

8.6波形发生器240

8.6.2方波和三角波发生器241

8.6.4脉冲、锯齿波发生器242

8.6.3函数发生器242

8.6.5阶梯波发生器246

8.7.1电压—频率、频率—电压变248

换电路248

8.7信号变换248

8.7.2鉴相器250

8.7.3调制器252

8.7.4解调器254

8.7 5数／模转换器257

8.7.6模／数转换器258

8.8.1保护电路259

8.8电路装配技术259

8.8.2预防噪声技术261

8.8.3运算放大器电路中的无源元件的性能要求264

8.9电液伺服阀264

8.9.1电液伺服阀的功能与类型264

8.9.2工作原理与特性265

8.9.3电液伺服阀的性能及其规格267

选择267

第九章功率放大器270

9.1概述270

9.2功率晶体管开关放大器270

9.2.1功率晶体管的开关特性273

9.2.2功率晶体管的开关损耗276

9.2.3功率晶体管脉宽调制放大器280

9.3可控硅功率放大器298

9.3.1 可控硅元件的特点及工作状态转换条件298

9.3.2单相可控整流电路299

9.3.3三相可控整流电路307

9.3.4多相可控整流电路316

9.3.5 可控硅功率放大器供电时直流电动机的机械特性321

9.3.6可控硅的触发电路323

9.3.7可控硅元件的选择328

9.3.8可控硅的保护329

9.3.9 可控硅的串联和并联333

9.4液压、气动放大器335

9.4.1液压放大元件335

9.4.2气动放大元件345

第十章执行元件349

10.1直流伺服电动机349

10.1.1直流伺服电动机的结构类型和特点350

10.1.2直流伺服电动机的静态和动态特性及参数358

10.2交流伺服电动机362

10.2.1两相交流伺服电动机363

10.2.2交流力矩电动机372

10.2.3三相异步电动机373

10.3步进电动机376

10.3.1步进电动机的结构、类型、工作原理、参数和特性376

10.3.2步进电动机的控制线路383

10.4直线电动机393

10.4.1直线直流电动机394

10.4.2直线感应电动机397

10.4.3直线步进电动机400

10.5液压执行元件403

10.5.1摆动液压马达403

10.5.2液压缸404

10.6气动执行元件408

10.6.1气缸408

10.6.2气动马达410

10.6.3其他气动执行元件411

10.7.1伺服电动机参数计算和测定412

选择412

10.7伺服电动机参数计算、测定和412

10.7.2伺服电动机的选择417

第十一章顺序控制系统423

11.1 顺序控制系统的组成和功能423

11.1.1顺序控制系统组成423

11.1.2顺序控制器的功能423

11.2顺序控制系统的逻辑运算424

11.3逻辑电路424

11.3.1继电器逻辑电路424

11.3.2晶体管逻辑电路426

11.3.3矩阵逻辑电路427

11.4可编程序控制器430

11.4.1 可编程序控制器的结构和功能430

11.4.2 PC的编程432

11.4.3用户程序编制举例435

11.4.4 PC控制系统的设计437

11.5顺序控制系统分类440

11.5.1条件顺序控制系统440

11.5.2时间顺序控制系统441

11.5.3逻辑顺序控制系统441

11.6顺序控制系统的设计原则及442

过程442

11.7顺序控制系统设计实例444

11.7.1 电梯控制系统——条件顺序控制系统444

11.7.2运输机的启、停控制系统——时间顺序控制系统451

第十二章 生产过程控制系统设计453

11.7.3钻床加工程序控制系统——逻辑顺序控制系统453

12.1概述455

12.1.1生产过程自动化的发展概况455

12.1.2生产过程控制系统的组成和分类455

12.1.3过程控制系统的性能指标456

12.2单回路过程反馈控制系统457

设计457

12.2.1单回路反馈控制系统的组成457

12.2.2对象特性对控制质量的影响458

12.2.3控制规律的选择459

12.2.4单回路控制系统整定461

12.3串级控制系统467

12.3.1串级控制系统组成467

12.3.2串级控制系统特点468

12.3.3串级控制系统设计原则470

12.3.4串级控制系统主、副调节器选型471

12.3.5串级控制系统整定472

12.4均匀控制系统475

12.5 比值控制系统478

12.6分程控制系统481

12.7 自动选择性控制系统484

12.8前馈控制系统486

12.9预估补偿控制系统494

第十三章计算机控制系统501

13.1计算机控制系统概述501

13.1.1计算机控制系统组成及特点501

13.1.2计算机控制系统的基本类型502

13.2计算机控制系统的过程通道504

13.2.1过程通道概述504

13.2.2过程参数的采样原理505

13.2.3数字滤波507

13.2.4模拟量输入输出通道508

13.2.5开关量输入输出通道509

13.2.6脉冲输出电路511

13.2.7过程通道中的抗干扰问题511

13.3直接数字控制系统（DDC511

系统）511

13.3.1 DDC系统的组成、功能及其应用场合511

13.3.2 DDC的基本算式514

13.3.3 PID控制算法的参数整定518

13.3.4 PID程序编制及程序框图521

13.3.5 DDC串级控制系统522

13.4 自动位置控制系统（APC）524

13.5大纯迟后补偿控制系统527

13.6多变量解耦控制系统529

13.7多变量前馈控制系统535

13.8分散型综合控制系统542

13.8.1 概述542

13.8.2TDCS-2000系统组成和主544

要部件544

13.8.3基本控制器的结构、功能和算法547

13.8.4带上位机的分散型综合控制系统551

14.1性能指标与控制方案555

14.1.1性能指标555

14.1.2控制方案555

第十四章 伺服系统设计555

14.2系统构成与数学描述557

14.2.1 系统构成557

14.2.2伺服系统的微分方程557

14.3伺服机构特性560

14.3.1静特性560

14.3.2动特性562

14.3.3过渡特性的改善563

14.4系统设计及动态计算564

14.4.1 伺服系统设计的一般步骤564

14.4.2静态计算565

14.4.3动态分析与综合567

14.5电动伺服系统设计583

14.5.1 方案选择584

14.5.2 静态计算584

14.5.3动态分析与综合592

14.6电液伺服系统设计596

14.6.1 电液位置伺服系统596

14.6.2电液速度伺服系统601

第十五章 电力拖动控制系统603

15.1 电力拖动控制系统及其技术603

指标603

15.2电力拖动系统的工程设计605

方法605

15.2.1典型系统开环对数频率特性605

15.2.2非典型系统的典型化607

15.3晶闸管直流调速系统608

15.3.1主电路608

15.3.2单相晶闸管－直流电机调速系统608

15.3.3多环调速系统613

15.3.4晶闸管可逆调速系统620

15.4异步电动机调压调速系统626

15.5异步电动机的串级调速系统629

第十六章飞行器模型与控制系统组成629

16.1概述635

16.2数学模型建立637

16.2.1 全量方程637

16.2.2全量方程的简化形式647

16.2.3增量方程650

16.3 飞行器控制系统的组成与设计要求654

第十七章飞行器稳定回路设计657

17.1 引言657

17.2飞机纵向稳定系统设计658

17.2.1 飞机纵向运动的数学模型658

17.2.2用模态分解技术设计自动驾驶仪658

17.3 飞行器侧向自动驾驶仪设计665

17.4滚动自动驾驶仪设计667

17.5舵系统设计669

18.1 概述671

第十八章地空导弹制导系统设计671

18.2地空导弹的导引方法672

18.3地空导弹控制系统分类674

18.3.1 遥控系统674

18.3.2 自动导引系统676

18.4指令遥控地空导弹控制系统677

设计677

18.5地空导弹系统指令形成681

第十九章反舰导弹控制系统设计684

19.1 概述684

19.1.1 反舰导弹的组成与分类684

19.1.4反舰导弹的典型弹道685

19.1.2反舰导弹的战术技术指标685

19.1.3反舰导弹控制和飞行特点685

19.1.5反舰导弹控制系统686

19.2反舰导弹控制系统设计程序687

19.3 反舰导弹的线性模型辨识689

19.4 反舰导弹时间最优控制系统690

设计690

19.5反舰导弹最优状态估计器694

设计694

19.6反舰导弹自适应控制系统697

设计697

19.7反舰导弹解耦控制系统设计702

第二十章 空空导弹控制系统设计708

19.8反舰导弹控制系统元部件的708

选择708

20.1空空导弹战术技术指标711

20.2空空导弹控制方案与控制716

系统特点716

20.3制导系统设计717

20.4比例导引规律的实现722

20.5制导精度的近似分析726

20.6制导舱设计730

20.7仿真技术在寻的导弹制导733

系统设计中的应用733

21.1.1陀螺稳定系统的类型744

21.1陀螺稳定系统744

第二十一章惯性系统744

21.1.2陀螺稳定系统的应用与工程设计问题746

21.2惯性导航系统746

21.2.1惯性导航的基本原理746

21.2.2惯性导航系统的类型749

21.2.3平台式惯导系统与捷联式系统比较751

21.2.4惯性导航系统主要指标表示法752

21.2.5惯性导航系统的工程设计问题753

21.3惯性制导系统755

21.3.1 飞航式导弹惯性制导系统755

21.3.2弹道式导弹惯性制导系统756

21.4空间惯性系统757

21.5惯性测量与定位系统758

21.6惯性系统应用的新领域760

21.6.1 基于惯性技术的新型钻井测量系统760

21.6.2运载器的动态试验测量系统760

21.6.3陀螺称量装置762

21.6.4铁路轨道超高测量用陀螺平台763

21.6.5伺服加速度计式测斜仪764

21.6.6其他765

附 录766

附录Ⅰ 检测元件766

附录Ⅱ 变换器803

附录Ⅲ执行元件807

参考文献826