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内容介绍

本教程包括控制原理、计算机控制、过程控制、控制系统计算机辅助分析与设计和控制系统设计实践五部分内容。不仅满足自动控制原理实验课程教学要求，还包括计算机控制理论与技术、过程控制系统、控制系统课程设计、控制系统实践等课程的教学实验内容。 全书实验设置体现了素质教育和实践性教学改革的思想，本教程的实验内容和相关技术不仅具有教学上的典型性、代表性，而且具有技术上的实用性，可作为工程技术人员开发设计控制系统的实用参考书。

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精彩书摘

1.1.1 控制系统测量分析方法 控制系统测量有时域测试法和频域测试法。控制系统时域测试时，可以测量系统的静态特性和动态性能指标。静态特性是指系统稳态时（系统输入量与输出量的各阶导数均为零）输出与输入的关系。通过静态特性的测试，可以得到系统或环节的各种静态特性参数，如死区、增益、线性范围、稳态误差等。静态特性可采用逐点测量法，即给定一个输入量，相应测量被测对象的一个稳态输出量，利用获得的一组数据绘出静态特性曲线。求出静态特性曲线的斜率，就可确定被测对象的增益。若输入量小信号时输出量保持不变或为零，只有当输入量增加到一定数值后，输出量才开始随输入量的增加而增加，那么，输出量保持为零的不变部分就是死区。若输入量继续增加而输出量保持不变时，这就是到了饱和区。控制系统的动态性能指标是指系统输入一定的控制信号，输出量随时间变化的响应。通过动态特性的测试，可以获得系统或环节的动态特性参数，例如超调量、调节时间、上升时间等，通过相应计算可以确定系统或环节的传递函数。 控制系统或环节的频域测试是由正弦信号源提供不同频率的正弦信号，作用于被测系统，测取在不同频率时被测系统或环节的稳态输出信号与正弦输入信号的幅值比和相位差，从而求得系统或环节的频率特性曲线。本节主要介绍控制系统动态特性的时域测试法和频域测试法。

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总序 前言 第1章控制原理实验研究 1.1 控制原理实验分析方法 1.1.1 控制系统测量分析方法 1.1.2 控制原理模拟研究方法 1.2 控制原理模拟实验 1.2.1 典型环节的模拟与参数测量 1.2.2 控制系统的稳定性分析 1.2.3 控制系统稳态误差研究 1.2.4 频率特性的测试 1.2.5 控制系统串联校正分析 1.2.6 串联校正环节设计 1.2.7 非线性系统的相平面法研究 1.2.8 非线性系统的描述函数法研究 1.2.9 状态反馈的设计与实现 1.2.10 状态观测器的研究 第2章计算机控制系统设计 2.1 计算机控制技术 .2.1.1 计算机控制系统组成 2.1.2 直流伺服电动机的控制原理及数学建模 2.1.3 步进电机的控制原理 2.2 计算机控制系统实验平台 2.2.1 AEDK-JDK机电实验平台硬件 2.2.2 AEDK-JDK实验平台软件设计 2.3 计算机控制系统实验 2.3.1 直流电动机速度调节和方向控制实验 2.3.2 步进电动机基本原理实验 2.3.3 步进电动机速度调节和方向控制实验 2.3.4 反馈信号测量实验 2.3.5 实验平台I／O测试实验 2.4 S7-200PLC及其指令 2.4.1 S7-200PLC硬件系统 2.4.2 S7-200PLC的基本指令 2.4.3 S7-200系列PLC的特殊功能寄存器 2.5 PLC控制系统设计 2.5.1 PLC控制系统设计步骤及内容 2.5.2 PLC程序设计的常用方法 2.5.3 常用基本环节编程 2.5.4 设计举例——液体混合装置的PLC控制系统设计 2.6 STEP7-Micro／WIN32编程软件介绍 2.6.1 软件功能 2.6.2 编程 2.6.3 调试及运行监控 2.7 可编程控制器实验 2.7.1 PLC2000B型可编程控制实验箱 2.7.2 基本指令的编程练习实验 2.7.3 LED数码显示实验 2.7.4 液体混合装置控制的模拟实验 2.7.5 四节传送带的模拟实验 2.7.6 电梯控制系统的模拟实验 第3章过程控制系统设计与实验 3.1 AE2000A过程控制系统 3.1.1 AE2000A系统实验对象组成结构 3.1.2 仪表过程控制系统组成结构， 3.1.3 计算机过程控制系统组成结构 3.1.4 可编程逻辑控制器过程控制系统组成结构 3.2 过程控制系统设计与实验 3.2.1 一阶单容上水箱对象特性测试实验 3.2.2 二阶双容下水箱对象特性测试实验 3.2.3 上水箱液位PID整定实验 3.2.4 锅炉内胆温度二位式控制实验 3.2.5 锅炉内胆温度PID控制实验（动态） 3.2.6 流量PID整定实验， 3.2.7 电磁和涡轮流量计流量比值控制实验 3.2.8 上水箱下水箱液位串级控制实验 3.2.9 串接双容下水箱液位PID整定实验 3.3 过程控制系统监控软件设计 3.3.1 MCGS组态软件的功能和系统构成 3.3.2 MCGS组态软件的安装运行 3.3.3 MCGS组态软件的组态过程 3.3.4 制作工程画面.. 3.3.5 MCGS组态软件的动画连接 3.3.6 MCGS组态软件的报警显示、报表输出和曲线显示 3.3.7 MCGS组态软件的安全机制 3.3.8 MCGS组态软件的系统设备使用说明 第4章控制系统计算机辅助分析与设计 4.1 仿真软件MATLAB 4.1.1 MATLAB的基本操作 4.1.2 MATLAB的数值运算 4.1.3 MATLAB的绘图功能 4.2 控制系统的数学模型及其转换 4.2.1 控制系统模型的基本描述方法 4.2.2 控制系统模型间的互相转换 4.2.3 控制系统模型的连接 4.3 控制系统计算机辅助分析 4.3.1 控制系统的稳定性分析 4.3.2 控制系统的时域分析 4.3.3 根轨迹分析 4.3.4 控制系统频域分析 4.3.5 控制系统的能控性和能观测性分析 4.4 控制系统计算机辅助设计 4.4.1 控制系统串联校正设计 4.4.2 状态反馈和状态观测器设计 4.4.3 最优控制系统设计 4.4.4 基于MATLAB工具箱的控制系统设计 4.5 动态仿真集成环境Simulink 4.5.1 控制系统模型构造 4.5.2 连续系统数字仿真 4.5.3 Simulink的扩展工具——S函数 第5章控制系统设计实践 5.1 控制系统设计概论 5.1.1 引言 5.1.2 控制系统的类型及组成 5.1.3 控制系统设计的一般步骤 5.1.4 控制系统的性能指标 5.1.5 控制系统典型部件 5.1.6 控制系统建模方法 5.1.7 基本控制作用 5.1.8 控制系统设计与工程实现 5.2 经典控制系统——随动控制系统设计 5.2.1 概述 5.2.2 随动系统基本原理 5.2.3 典型位置随动系统介绍 5.2.4 直流小功率位置随动系统设计 5.3 电气传动系统——调速控制系统设计 5.3.1 概述 5.3.2 调速系统的性能指标 5.3.3 直流调速系统 5.3.4 交流调速系统 5.3.5 调速系统机械结构方面的若干问题 5.3.6 小功率直流调速系统设计 5.4 不稳定系统——磁悬浮球控制系统设计 5.4.1 概述 5.4.2 结构原理 5.4.3 电磁铁－小球系统数学模型 5.4.4 磁悬浮球控制系统分析与设计 5.4.5 磁悬浮球控制系统设计实验 5.5 运动控制系统——四轴运动控制演示平台实验研究 5.5.1 概述 5.5.2 四轴运动控制演示平台 5.5.3 GT-400运动控制器 5.5.4 系统硬件连接 5.5.5 运动控制器编程 5.6 机电一体化——XY运动平台控制系统设计 5.6.1 概述 5.6.2 XY运动平台控制系统介绍 5.6.3 XY运动平台控制系统设计 5.7 非线性系统——球杆控制系统设计 5.7.1 概述 5.7.2 球杆控制系统结构组成与工作原理 5.7.3 球杆系统数学模型 5.7.4 球杆控制系统设计 5.8 非线性自然不稳定系统——倒立摆控制系统设计 5.8.1 概述 5.8.2 倒立摆控制系统的组成与工作原理 5.8.3 倒立摆系统的数学模型 5.8.4 倒立摆系统的控制 5.8.5 倒立摆控制系统设计 5.9 冗余协调机器人——两自由度冗余并联机械臂控制系统设计 5.9.1 概述 5.9.2 冗余并联机械臂系统构成与原理 5.9.3 GPM并联机构运动学 5.9.4 GPM并联机构运动规划与控制 5.9.5 实验注意事项 5.10 复杂MIMO系统——双旋翼控制系统设计 5.10.1 概述 5.10.2 双旋翼系统的组成和工作原理 5.10.3 双旋翼系统的数学模型 5.10.4 双旋翼系统的姿态控制 参考文献

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