機械工程控制基礎實驗教程

前言
第 1 章自動控制系統(tǒng)認知 1
1.1 緒論 1
1.2 簡易磁懸浮系統(tǒng) 2
1.2.1 磁懸浮系統(tǒng)的組成 2
1.2.2 磁懸浮系統(tǒng)的工作原理 2
1.3 直流電動機控制系統(tǒng) 3
1.3.1 直流電動機控制系統(tǒng)的組成 3
1.3.2 直流電動機控制系統(tǒng)的工作
原理 4
1.4 工作臺位置控制系統(tǒng) 4
1.4.1 工作臺位置控制系統(tǒng)的組成 4
1.4.2 工作臺位置控制系統(tǒng)的工作
原理 5
1.5 三自由度數(shù)控平臺 6
1.5.1 三自由度數(shù)控平臺的組成 6
1.5.2 三自由度數(shù)控平臺的工作
原理 6
1.6 球-桿系統(tǒng) 8
1.6.1 球-桿系統(tǒng)的組成 8
1.6.2 球-桿系統(tǒng)的工作原理 8
1.7 平面倒立擺系統(tǒng) 9
1.7.1 平面倒立擺系統(tǒng)的組成 9
1.7.2 平面倒立擺系統(tǒng)的工作
原理 10
1.8 虛擬實驗基礎MATLAB/
Simulink 10
1.8.1 MATLAB 的操作界面 10
1.8.2 MATLAB 的幫助界面 11
1.8.3 MATLAB 定義的常用特殊
變量 11
1.8.4 MATLAB 操作的注意事項 12
1.8.5 Simulink 簡介 12
1.9 思考題 14
第2 章自動控制系統(tǒng)的數(shù)學描述 15
2.1 緒論 15
2.2 工作臺位置控制系統(tǒng)建模 15
2.3 球-桿系統(tǒng)建模 18
2.3.1 控制對象的動力學方程 18
2.3.2 電氣模型 19
2.4 簡易磁懸浮系統(tǒng)建模 20
2.4.1 控制對象的動力學方程 20
2.4.2 系統(tǒng)的電磁力模型 21
2.4.3 電磁鐵中控制電壓和電流的
模型 22
2.4.4 功率放大器模型 23
2.4.5 系統(tǒng)平衡的邊界條件 23
2.4.6 系統(tǒng)方程的描述 23
2.5 虛擬實驗/機械工程控制系統(tǒng)的
數(shù)學模型 24
2.5.1 實驗目的 24
2.5.2 實驗內容 24
2.6 思考題 26
第3 章線性系統(tǒng)的時域分析方法 27
3.1 緒論 27
3.2 典型環(huán)節(jié)的時域響應 27
3.2.1 比例環(huán)節(jié)(P) 27
3.2.2 積分環(huán)節(jié)(I) 31
3.2.3 比例積分環(huán)節(jié)(PI) 33
3.2.4 比例微分環(huán)節(jié)(PD) 35
3.2.5 比例積分微分環(huán)節(jié)(PID) 38
3.2.6 典型一階系統(tǒng)(慣性環(huán)節(jié)) 41
3.2.7 典型二階系統(tǒng)(振蕩環(huán)節(jié)) 43
3.2.8 典型三階系統(tǒng) 47
3.3 工作臺位置控制系統(tǒng)的時域
分析 51
3.3.1 工作臺位置控制系統(tǒng)的脈沖
響應 52
3.3.2 工作臺位置控制系統(tǒng)的階躍
響應 53
3.3.3 工作臺位置控制系統(tǒng)的斜坡
響應 54
3.4 虛擬實驗/機械工程控制系統(tǒng)的
時域分析 55
3.4.1 實驗目的 55
3.4.2 實驗內容 55
3.5 思考題 59
第4 章 線性系統(tǒng)的頻域分析方法 60
4.1 緒論 60
4.2 模擬電路的Bode 圖測量實驗 60
4.3 工作臺位置控制系統(tǒng)的正弦
信號響應 65
4.4 虛擬實驗/機械工程控制系統(tǒng)的
頻域分析 68
4.4.1 實驗目的 68
4.4.2 實驗內容 68
4.5 思考題 71
第5 章 線性系統(tǒng)的根軌跡分析方法 73
5.1 緒論 73
5.2 線性系統(tǒng)的根軌跡分析 73
5.3 虛擬實驗/機械工程控制系統(tǒng)的
根軌跡分析 78
5.3.1 實驗目的 78
5.3.2 實驗內容 78
5.4 思考題 83
第6 章 控制器設計實驗 84
6.1 緒論 84
6.2 溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)設計實驗 84
6.2.1 模擬PID 溫度閉環(huán)控制
系統(tǒng)框圖 84
6.2.2 控制系統(tǒng)的模擬電路圖 86
6.2.3 實驗步驟 87
6.3 球-桿系統(tǒng)的PID 控制實驗 90
6.3.1 緒論 90
6.3.2 球-桿系統(tǒng)的P 控制實驗 95
6.3.3 球-桿系統(tǒng)的PD 控制實驗 96
6.3.4 球-桿系統(tǒng)的PID 控制實驗 97
6.4 球-桿系統(tǒng)的根軌跡控制實驗 98
6.4.1 球-桿系統(tǒng)的根軌跡繪制 98
6.4.2 根軌跡校正 99
6.4.3 根軌跡校正實驗 102
6.5 工作臺位置的PID 控制實驗 103
6.6 虛擬實驗/機械工程控制系統(tǒng)的
設計與校正 104
6.6.1 實驗目的 104
6.6.2 實驗內容 104
6.7 思考題 119
參考文獻 120
附錄一 121
附錄二 122