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第1章 控制原理实验研究1

1.1控制原理实验分析方法2

1.1.1控制系统测量分析方法2

1.1.2控制原理模拟研究方法10

1.2控制原理模拟实验17

1.2.1典型环节的模拟与参数测量17

1.2.2控制系统的稳定性分析19

1.2.3控制系统稳态误差研究20

1.2.4频率特性的测试22

1.2.5控制系统串联校正分析23

1.2.6串联校正环节设计24

1.2.7非线性系统的相平面法研究26

1.2.8非线性系统的描述函数法研究27

1.2.9状态反馈的设计与实现29

1.2.10状态观测器的研究30

第2章 计算机控制系统设计33

2.1.1计算机控制系统组成34

2.1.2直流伺服电动机的控制原理及数学建模34

2.1计算机控制技术34

2.1.3步进电机的控制原理35

2.2计算机控制系统实验平台37

2.2.1 AEDK-JDK机电实验平台硬件37

2.2.2 AEDK-JDK实验平台软件设计41

2.3计算机控制系统实验52

2.3.1直流电动机速度调节和方向控制实验52

2.3.2步进电动机基本原理实验53

2.3.3步进电动机速度调节和方向控制实验54

2.3.4反馈信号测量实验55

2.3.5实验平台I/O测试实验56

2.4 S7-200PLC及其指令56

2.4.1S7-200 PLC硬件系统57

2.4.2 S7-200 PLC的基本指令63

2.4.3 S7-200系列PLC的特殊功能寄存器65

2.5 PLC控制系统设计81

2.5.1 PLC控制系统设计步骤及内容81

2.5.2 PLC程序设计的常用方法83

2.5.3常用基本环节编程84

2.5.4设计举例——液体混合装置的PLC控制系统设计88

2.6.1软件功能92

2.6 STEP7-Micro/WIN32编程软件介绍92

2.6.2编程95

2.6.3调试及运行监控98

2.7可编程控制器实验101

2.7.1 PLC2000B型可编程控制实验箱101

2.7.2基本指令的编程练习实验103

2.7.3 LED数码显示实验104

2.7.4液体混合装置控制的模拟实验106

2.7.5四节传送带的模拟实验107

2.7.6电梯控制系统的模拟实验108

第3章 过程控制系统设计与实验111

3.1 AE2000A过程控制系统112

3.1.1 AE2000A系统实验对象组成结构112

3.1.2仪表过程控制系统组成结构115

3.1.3计算机过程控制系统组成结构118

3.1.4可编程逻辑控制器过程控制系统组成结构121

3.2过程控制系统设计与实验122

3.2.1一阶单容上水箱对象特性测试实验122

3.2.2二阶双容下水箱对象特性测试实验125

3.2.3上水箱液位PID整定实验127

3.2.4锅炉内胆温度二位式控制实验131

3.2.5锅炉内胆温度PID控制实验（动态）132

3.2.6流量PID整定实验134

3.2.7电磁和涡轮流量计流量比值控制实验136

3.2.8上水箱下水箱液位串级控制实验137

3.2.9串接双容下水箱液位PID整定实验139

3.3过程控制系统监控软件设计140

3.3.1 MCGS组态软件的功能和系统构成141

3.3.2 MCGS组态软件的安装运行142

3.3.3 MCGS组态软件的组态过程144

3.3.4制作工程画面145

3.3.5 MCGS组态软件的动画连接148

3.3.6 MCGS组态软件的报警显示、报表输出和曲线显示152

3.3.7 MCGS组态软件的安全机制154

3.3.8 MCGS组态软件的系统设备使用说明155

第4章 控制系统计算机辅助分析与设计159

4.1仿真软件MATLAB160

4.1.1MATLAB的基本操作160

4.1.2MATLAB的数值运算162

4.1.3 MATLAB的绘图功能170

4.2.1控制系统模型的基本描述方法171

4.2控制系统的数学模型及其转换171

4.2.2控制系统模型间的互相转换174

4.2.3控制系统模型的连接175

4.3控制系统计算机辅助分析177

4.3.1控制系统的稳定性分析177

4.3.2控制系统的时域分析179

4.3.3根轨迹分析181

4.3.4控制系统频域分析183

4.3.5控制系统的能控性和能观测性分析185

4.4.1控制系统串联校正设计186

4.4控制系统计算机辅助设计186

4.4.2状态反馈和状态观测器设计188

4.4.3最优控制系统设计190

4.4.4基于MATLAB工具箱的控制系统设计191

4.5动态仿真集成环境Simulink198

4.5.1控制系统模型构造198

4.5.2连续系统数字仿真203

4.5.3 Simulink的扩展工具——S函数204

第5章 控制系统设计实践211

5.1.1引言212

5.1控制系统设计概论212

5.1.2控制系统的类型及组成213

5.1.3控制系统设计的一般步骤215

5.1.4控制系统的性能指标216

5.1.5控制系统典型部件218

5.1.6控制系统建模方法220

5.1.7基本控制作用222

5.1.8控制系统设计与工程实现223

5.2.2随动系统基本原理227

5.2.1概述227

5.2经典控制系统——随动控制系统设计227

5.2.3典型位置随动系统介绍228

5.2.4直流小功率位置随动系统设计230

5.3电气传动系统——调速控制系统设计235

5.3.1概述235

5.3.2调速系统的性能指标236

5.3.3直流调速系统237

5.3.4交流调速系统241

5.3.5调速系统机械结构方面的若干问题242

5.3.6小功率直流调速系统设计243

5.4不稳定系统——磁悬浮球控制系统设计244

5.4.1概述244

5.4.2结构原理244

5.4.3电磁铁—小球系统数学模型245

5.4.4磁悬浮球控制系统分析与设计247

5.4.5磁悬浮球控制系统设计实验248

5.5运动控制系统——四轴运动控制演示平台实验研究253

5.5.1概述253

5.5.2四轴运动控制演示平台253

5.5.3 GT-400运动控制器254

5.5.4系统硬件连接260

5.5.5运动控制器编程260

5.6机电一体化——XY运动平台控制系统设计273

5.6.1概述273

5.6.2 XY运动平台控制系统介绍274

5.6.3 XY运动平台控制系统设计277

5.7非线性系统——球杆控制系统设计281

5.7.1概述281

5.7.2球杆控制系统结构组成与工作原理281

5.7.3球杆系统数学模型283

5.7.4球杆控制系统设计285

5.8非线性自然不稳定系统——倒立摆控制系统设计287

5.8.1概述287

5.8.2倒立摆控制系统的组成与工作原理287

5.8.3倒立摆系统的数学模型288

5.8.4倒立摆系统的控制291

5.8.5倒立摆控制系统设计294

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294

5.9.1概述294

5.9.2冗余并联机械臂系统构成与原理295

5.9.3 GPM并联机构运动学296

5.9.4 GPM并联机构运动规划与控制298

5.9.5实验注意事项299

5.10复杂MIMO系统——双旋翼控制系统设计299

5.10.1概述299

5.10.2双旋翼系统的组成和工作原理299

5.10.3双旋翼系统的数学模型300

5.10.4双旋翼系统的姿态控制306

参考文献308