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第一章 机电控制系统的基本概念1

1-1 自动控制系统1

一、系统1

二、反馈控制原理及反馈控制系统的组成2

三、基本术语及符号定义5

1-2 控制系统的分类6

一、按有无反馈分6

二、按信号的形式分6

三、按给定值分7

四、按控制器的类型分8

1-3 机电控制系统8

一、机电一体化系统(或产品)的构成及主要特征9

二、机电控制系统及其类型11

思考题与习题13

第二章 控制系统的数学模型15

2-1 机电系统数学模型的建立15

一、线性机械及系统的运动方程15

二、电路元件及网络的运动方程18

2-2 传递函数20

一、拉氏变换20

二、应用拉氏变换求解微分方程26

三、传递函数26

一、比例环节28

二、积分环节28

2-3 典型环节的传递函数28

三、惯性环节30

四、微分环节31

五、振荡环节32

六、延迟环节33

2-4 方框图及其简化34

一、方框图表示方法34

二、方框图的等效变换及化简35

三、系统框图绘制及简化举例38

四、闭环系统的传递函数40

2-5 实验法建立广义对象的数学模型41

一、阶跃响应实验法41

二、根据阶跃响应曲线拟合传递函数42

三、矩形脉冲响应曲线向阶跃响应曲线的转换44

思考题与习题44

第三章 控制系统的时域性能指标47

3-1 控制系统的稳定性47

一、稳定性的概念48

二、系统稳定的条件48

三、劳斯稳定判据49

3-2 控制系统的稳态误差53

一、稳态误差的概念53

二、系统的型别及稳态误差54

3-3 瞬态响应56

一、一阶系统的单位阶跃响应56

二、二阶系统的单位阶跃响应57

三、欠阻尼二阶系统动态性能与特征参数的关系60

思考题与习题63

第四章 控制系统的分析与设计64

4-1 控制系统的分析64

一、解析法64

二、计算机仿真法65

4-2 PID控制器68

一、校正方式69

二、PID控制器69

4-3 复合控制系统76

一、采用反馈校正的复合控制77

二、采用顺馈校正的复合控制78

4-4 控制系统的设计及参数整定79

一、控制系统的设计步骤79

二、有关的设计原则79

三、控制器参数的整定82

思考题与习题85

第五章 微机控制系统87

5-1 微机控制系统的组成87

一、硬件88

二、软件89

二、直接数字控制系统90

三、监督控制系统90

一、操作指导控制系统90

5-2 微机控制系统的分类90

四、集散型控制系统91

5-3 控制微机的类型及选择91

一、控制微机的类型92

二、控制微机的选择95

5-4 输入输出通道96

一、模拟量输入输出通道96

二、数字量输入输出通道103

三、开关量输入输出通道104

5-5 接口总线106

一、STD总线106

二、PC总线108

三、IEEE-488总线109

四、RS-232C总线111

5-6 控制算法112

一、数字PID的实现112

二、数字PID控制算法的改进120

三、数字PID控制中的一些实际问题124

思考题与习题127

第六章 微机控制系统的抗干扰措施128

6-1 干扰源及其对微机控制系统的影响128

一、干扰源128

二、干扰作用方式129

三、干扰对微机控制系统的危害130

一、供电系统干扰的抑制131

6-2 硬件抗干扰措施131

二、输入输出通道的抗干扰措施132

三、接地系统的抗干扰措施137

6-3 软件抗干扰措施140

一、数字滤波140

二、冗余指令142

三、软件陷阱技术143

四、程序运行监视系统145

思考题与习题146

一、基本组成和工作原理147

二、硬件电路设计147

7-1 单片机温度控制系统147

第七章 直接数字控制系统实例147

三、控制程序设计150

7-2 玻璃配料过程的自动化系统157

一、配料工艺流程157

二、电子秤及称量控制原理158

三、配料过程的自动化系统159

思考题与习题161

第八章 巡回检测及智能化仪表163

8-1 巡回检测系统163

一、巡回检测原理163

二、巡回检测系统的硬件164

三、巡回检测系统的软件166

一、系统组成及工作原理170

8-2 单片机多功能转速表170

二、转速的测量173

三、串行显示接口及程序174

四、其它软件的设计175

思考题与习题177

第九章 伺服驱动系统178

9-1 概述178

一、伺服系统的组成178

二、对伺服系统的要求179

三、伺服系统的分类179

9-2 步进电动机的开环控制系统182

一、步进电动机的工作原理182

二、步进电动机控制原理184

三、步进电动机与单片机的接口电路186

四、步进电动机控制程序的设计187

五、步进电动机的变速控制188

六、步进电动机的专用控制芯片PMM8713(8714、8723)192

9-3 直流伺服电动机的驱动控制195

一、宽调速直流伺服电动机195

二、PWM直流伺服驱动装置的工作原理196

三、PWM直流伺服控制系统199

9-4 交流伺服电动机的驱动控制205

一、交流伺服电动机205

二、交流伺服电动机的矢量控制207

三、交流伺服电动机的转差频率控制208

四、交流伺服电动机的电压—频率控制211

思考题与习题214

第十章 顺序控制系统215

10-1 概述215

一、顺序控制系统的组成和特点215

二、顺序控制系统的实现方式215

10-2 自动剪板机216

一、自动剪板机的工作原理216

二、硬件接口电路217

三、控制软件220

一、PLC的构成及工作原理224

10-3 电镀生产线的PLC控制224

二、电镀生产线工艺及控制要求225

三、PLC控制的自动电镀生产线设计内容227

思考题与习题232

第十一章 数控机床233

11-1 概述233

一、数控机床的产生233

二、CNC机床的组成235

三、CNC机床的分类237

11-2 开环数值控制及插补239

一、开环控制系统的结构239

二、逐点比较法插补原理239

三、直线插补程序245

四、圆弧插补程序246

11-3 CNC数控系统247

一、硬件系统248

二、软件系统251

三、数控编程介绍254

11-4 车床的机电一体化改造257

一、性能及精度选择257

二、机械传动系统的简化259

三、进给系统的设计259

四、单片机数控系统260

五、主轴交流电动机的变频调速及脉冲发生器261

思考题与习题262

第十二章 工业机器人263

12-1 工业机器人的组成和分类264

一、工业机器人的组成265

二、工业机器人的分类267

三、工业机器人的主要技术参数270

12-2 示教再现型机器人实例270

一、机构原理及参数270

二、控制系统的组成272

三、控制算法简介274

四、示教再现过程276

思考题与习题277

参考文献278