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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