本書是機(jī)械工程控制基礎(chǔ)課程的配套教材，緊密結(jié)合該課程的基本內(nèi)容，設(shè)計了多個實驗，涵蓋控制工程的主要知識單元；同時，考慮到該課程是一門獨立實驗課程，因此本書也保證了知識上的獨立性和完整性。本書將理論與實踐緊密結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，從而建構(gòu)理論、形成觀點、提高能力。
本書在實驗內(nèi)容安排上遵循由簡到難、循序漸進(jìn)的原則, 實驗環(huán)節(jié)設(shè)置驗證性、設(shè)計性和綜合性三種實驗類型，實驗單元多種類、多類型，并對目前控制工程實驗中*常用的技術(shù)手段和方法進(jìn)行了集中介紹，可供不同院校根據(jù)自身條件進(jìn)行選擇。
本書可作為應(yīng)用型本科院校機(jī)械工程類專業(yè)、測控技術(shù)及儀器類專業(yè)的本科教材。
第1章 基礎(chǔ)知識 1
1.1 線性定常系統(tǒng)概述 1
1.1.1 線性定常系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和基本性質(zhì) 1
1.1.2 線性定常系統(tǒng)的基本動力學(xué)特性 1
1.1.3 線性定常系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu) 2
1.1.4 系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 3
1.2 線性定常系統(tǒng)的品質(zhì)分析 5
1.2.1 單位階躍響應(yīng)的性能指標(biāo) 5
1.2.2 系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差分析 6
1.2.3 閉環(huán)頻率特性和系統(tǒng)階躍響應(yīng)的關(guān)系 9
1.2.4 開環(huán)頻率特性和系統(tǒng)階躍響應(yīng)的關(guān)系 10
1.2.5 系統(tǒng)的校正方法 11
1.3 采樣系統(tǒng)理論 12
1.3.1 采樣過程和采樣定理 12
1.3.2 零階保持器 13
1.3.3 脈沖傳遞函數(shù) 13
1.3.4 采樣系統(tǒng)的穩(wěn)定性 14
1.3.5 閉環(huán)極點與瞬態(tài)響應(yīng)之間的關(guān)系 14
1.3.6 穩(wěn)態(tài)誤差 15
本章思考題 16
第2章 實驗基本理論和方法 17
2.1 概述 17
2.2 典型的測試信號 17
2.3 控制系統(tǒng)動態(tài)特性的基本測試方法 19
2.3.1 控制系統(tǒng)動態(tài)特性的時域測試法 19
2.3.2 控制系統(tǒng)動態(tài)特性的頻域測試法 22
2.4 實驗調(diào)試及測試數(shù)據(jù)處理 24
2.4.1 測量 24
2.4.2 誤差的定義和分類 24
2.4.3 實驗結(jié)果的處理 26
2.5 實驗要求 27
2.5.1 預(yù)習(xí)要求 27
2.5.2 實驗要求 27
2.5.3 實驗報告要求 28
本章思考題 29
第3章 MATLAB介紹 30
3.1 MATLAB簡介 30
3.1.1 MATLAB概述 30
3.1.2 MATLAB界面 32
3.1.3 MATLAB窗口 33
3.2 MATLAB編程技巧(程序設(shè)計) 35
3.2.1 MATLAB程序設(shè)計基本原則 35
3.2.2 數(shù)值表示、 變量、 表達(dá)式 36
3.2.3 MATLAB基本運算 36
3.3 Simulink建模方法 40
3.3.1 Simulink仿真工具 40
3.3.2 Simulink的啟動 41
3.3.3 Simulink界面介紹 41
3.3.4 使用Simulink建立系統(tǒng)模型 41
3.3.5 常用模塊內(nèi)部參數(shù)的設(shè)置 44
3.3.6 Simulink仿真參數(shù)設(shè)置 51
3.3.7 用Simulink建立系統(tǒng)模型并仿真范例 53
3.4 MATLAB在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 54
3.4.1 利用MATLAB進(jìn)行時域分析 54
3.4.2 利用MATLAB進(jìn)行頻域分析 62
本章思考題 73
第4章 線性系統(tǒng)的校正和設(shè)計 74
4.1 基于MATLAB控制系統(tǒng)的頻率法串聯(lián)超前校正設(shè)計 74
4.2 基于MATLAB控制系統(tǒng)的頻率法串聯(lián)滯后校正設(shè)計 82
4.3 基于MATLAB控制系統(tǒng)的頻率法串聯(lián)超前-滯后校正設(shè)計 86
4.4 連續(xù)系統(tǒng)PID控制器設(shè)計及其參數(shù)整定 91
本章思考題 98
第5章 直線倒立擺建模、 仿真及實驗 99
5.1 直線一級倒立擺 99
5.1.1 直線一級倒立擺的物理模型 99
5.1.2 直線一級倒立擺系統(tǒng)階躍響應(yīng)分析 105
5.1.3 MATLAB Simulink仿真 106
5.1.4 實驗結(jié)果及實驗報告 112
5.2 直線一級倒立擺頻率響應(yīng)控制實驗 112
5.2.1 頻率響應(yīng)分析 113
5.2.2 頻率響應(yīng)設(shè)計及仿真 114
5.2.3 直線一級倒立擺頻率響應(yīng)校正法實驗 120
5.2.4 實驗結(jié)果及實驗報告 122
5.3 直線一級倒立擺PID控制實驗 122
5.3.1 PID控制分析 123
5.3.2 PID控制參數(shù)設(shè)定及仿真 124
5.3.3 PID控制實驗 127
5.3.4 實驗結(jié)果及實驗報告 130
本章思考題 130
第6章 直線一級順擺建模和實驗 131
6.1 直線一級順擺的建模與分析 131
6.1.1 直線一級順擺的建模 131
6.1.2 實際系統(tǒng)模型 133
6.1.3 系統(tǒng)可控性分析 134
6.2 直線一級順擺頻率響應(yīng)分析 134
6.3 直線一級順擺階躍響應(yīng)分析 135
6.4 直線一級順擺的PID控制仿真與實驗 136
6.4.1 直線一級順擺的PID控制分析與仿真 136
6.4.2 直線一級順擺的PID實時控制實驗 138
本章思考題 140
第7章 紡絲機(jī)溫度控制系統(tǒng)實驗 141
7.1 概述 141
7.2 紡絲機(jī)溫度控制系統(tǒng)分析 141
7.2.1 紡絲機(jī)溫度控制系統(tǒng)硬件構(gòu)成 141
7.2.2 紡絲機(jī)溫度控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型 144
7.3 紡絲機(jī)溫度控制系統(tǒng)電氣原理圖和人機(jī)界面 145
7.3.1 紡絲機(jī)溫度控制系統(tǒng)電氣原理圖 145
7.3.2 人機(jī)界面(HMI)設(shè)計 145
7.4 控制原理及算法實現(xiàn) 148
7.4.1 PID控制 148
7.4.2 PID參數(shù)整定 149
7.4.3 PID方法的PLC實現(xiàn) 150
7.5 紡絲機(jī)溫度控制系統(tǒng)實驗 151
7.5.1 人機(jī)界面 151
7.5.2 溫度控制系統(tǒng)PID控制結(jié)果 151
本章思考題 155
參考文獻(xiàn) 156
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