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项目1 自动控制系统认知1

1.1 自动控制系统认知与导读要求1

1.1.1 基本要求2

1.1.2 扩展要求2

1.1.3 学生需提交的材料2

1.2 自动控制基础知识2

1.2.1 自动控制的定义及系统组成2

1.2.2 控制系统的基本控制方式6

1.2.3 控制系统的分类7

1.2.4 控制系统的品质要求8

1.3 自动控制扩展知识9

1.4 MATLAB软件认知12

1.5 自动控制系统实例分析19

1.6 自动控制技能训练22

1.6.1 训练任务22

1.6.2 训练内容22

1.6.3 考核评价24

项目总结24

思考与习题25

项目2 自动控制系统数学模型建立27

2.1 直流电机调速系统建模认知与导读要求28

2.1.1 基本要求28

2.1.2 扩展要求28

2.1.3 学生需提交的材料28

2.2 自动控制建模基础知识28

2.2.1 控制系统的微分方程29

2.2.2 控制系统的复数域数学模型（传递函数）33

2.2.3 自动控制系统的基本环节36

2.2.4 控制系统的结构图37

2.2.5 控制系统的传递函数43

2.3 直流电机调速系统参考模型建立44

2.3.1 微分方程模型44

2.3.2 传递函数模型46

2.3.3 结构图模型47

2.4 控制系统扩展知识48

2.4.1 机电系统典型元件48

2.4.2 梅逊公式50

2.5 MATLAB建模与应用51

2.5.1 MATLAB建立传递函数模型51

2.5.2 Simulink建立控制系统的结构图模型52

2.5.3 MATLAB在系统方框图化简中的应用54

2.6 自动控制系统建模技能训练55

2.6.1 训练任务55

2.6.2 训练内容55

2.6.3 考核评价57

项目总结57

思考与习题58

项目3 控制系统的时域分析61

3.1 直流电动机调速系统时域分析认知与导读要求61

3.1.1 基本要求62

3.1.2 扩展要求62

3.1.3 学生需提交的材料62

3.2 自动控制时域分析基础知识62

3.2.1 典型输入信号62

3.2.2 时域性能指标65

3.2.3 一阶系统的时域分析67

3.2.4 二阶系统的时域分析71

3.2.5 控制系统的稳定性分析74

3.2.6 控制系统的稳态性能分析78

3.3 时域分析扩展知识84

3.4 MATLAB时域分析85

3.4.1 MATLAB分析线性系统稳定性85

3.4.2 MATLAB分析动态性能86

3.4.3 MATLAB计算稳态误差91

3.4.4 Simulink仿真91

3.5 自动控制系统时域分析技能训练92

3.5.1 训练任务92

3.5.2 训练内容93

3.5.3 考核评价95

项目总结95

思考与习题96

项目4 控制系统的频域分析98

4.1 直流电动机调速系统频域分析认知与导读要求98

4.1.1 基本要求99

4.1.2 扩展要求99

4.1.3 学生需提交的材料99

4.2 自动控制频域分析基础知识99

4.2.1 频率特性的基本概念99

4.2.2 典型环节的频率特性102

4.2.3 控制系统的开环频率特性及其绘制109

4.2.4 系统稳定性的频域分析112

4.2.5 根据控制系统的开环频率特性分析系统的动态性能117

4.2.6 根据控制系统的闭环频率特性分析系统的动态性能122

4.3 频域分析扩展知识125

4.4 MATLAB频域分析125

4.4.1 线性系统传递函数到频率特性的转换125

4.4.2 控制系统频率特性分析126

4.5 自动控制系统频域分析技能训练128

4.5.1 训练任务128

4.5.2 训练内容129

4.5.3 考核评价130

项目总结131

思考与习题131

项目5 自动控制系统校正134

5.1 直流电动机调速系统校正认知与导读要求134

5.1.1 基本要求135

5.1.2 扩展要求135

5.1.3 学生需提交的材料135

5.2 控制系统校正基础知识135

5.2.1 基本概念135

5.2.2 基本控制单元——PID控制138

5.2.3 串联校正及其特性143

5.2.4 反馈校正及其特性151

5.2.5 复合校正及其特性153

5.3 控制系统校正扩展知识155

5.4 MATLAB频域法校正158

5.5 自动控制系统校正技能训练162

5.5.1 训练任务162

5.5.2 训练内容163

5.5.3 考核评价164

项目总结165

思考与习题166

项目6 自动控制系统的工程应用169

6.1 直流电动机调速系统设计认知与导读要求169

6.1.1 基本要求170

6.1.2 扩展要求170

6.1.3 学生需提交的材料171

6.2 自动控制系统设计的基础知识171

6.2.1 自动化系统设计的步骤171

6.2.2 系统固有部分的简化处理171

6.2.3 系统预期频率特性的确定173

6.2.4 校正装置的设计177

6.3 系统分析和调试179

6.3.1 自动控制系统的分析步骤179

6.3.2 自动控制系统的调试方法182

6.4 控制系统设计扩展知识182

6.5 自动控制系统设计技能训练185

6.5.1 训练任务185

6.5.2 训练内容185

6.5.3 考核评价186

项目总结187

思考与习题188

附录A 传递函数的数学工具——拉普拉斯变换与反变换189

附录B 自动控制的物理基础193

部分技能训练、思考与习题参考答案194

参考文献204