自動控制系統

自動控制系統由控制器和被控對象組成。但要實現複雜的控制任務，一個典型的自動控制系統通常還應當包括：定值元件、執行元件、測量變送元件和比較元件 ^[2]  。

經過20多年的發展，中國工業自動控制系統裝置製造行業取得了長足的發展，尤其是20世紀90年代以來，中國工業自動控制系統裝置製造行業的產量一直保持在年增長20%以上。2011年，中國工業自動控制系統裝置製造行業取得了令人矚目的成績。全年完成工業總產值2056.04億元;產品銷售收入1996.73億元，同比增長24.66%;實現利潤總額202.84億元，同比增長28.74%。國產自動控制系統相繼在火電、化肥、煉油領域取得了突破。

中國的工業自動化市場主體主要由軟硬件製造商、系統集成商、產品分銷商等組成。在軟硬件產品領域，中高端市場幾乎全部由國外著名品牌產品壟斷，並將仍維持此種局面;在系統集成領域，跨國公司佔據製造業的高端，具有深厚行業背景的公司在相關行業系統集成業務中佔據主動，具有豐富應用經驗的系統集成公司充滿競爭力。

在工業自動化市場，供應和需求之間存在錯位。客户需要的是完整的能滿足自身製造工藝的電氣控制系統，而供應商提供的是各種標準化器件產品。行業不同，電氣控制的差異非常大，甚至同一行業客户因各自工藝的不同導致需求也有很大差異。這種供需之間的矛盾為工業自動化行業創造了發展空間。

中國擁有世界最大的工業自動控制系統裝置市場，傳統工業技術改造、工廠自動化、企業信息化需要大量的工業自動化系統，市場前景廣闊。工業控制自動化技術正在向智能化、網絡化和集成化方向發展。基於工業自動化控制較好的發展前景，預計2015年工業自動控制系統裝置製造行業市場規模將超過3500億元。

隨着工業自動控制系統裝置製造行業競爭的不斷加劇，大型工業自動控制系統裝置製造企業間併購整合與資本運作日趨頻繁，國內優秀的工業自動控制系統裝置製造企業愈來愈重視對行業市場的研究，特別是對產業發展環境和產品購買者的深入研究。

按控制原理的不同，自動控制系統分為開環控制系統和閉環控制系統。

開環控制系統

在開環控制系統中，系統輸出只受輸入的控制，控制精度和抑制干擾的特性都比較差。開環控制系統中，基於按時序進行邏輯控制的稱為順序控制系統；由順序控制裝置、檢測元件、執行機構和被控工業對象所組成。主要應用於機械、化工、物料裝卸運輸等過程的控制以及機械手和生產自動線。

閉環控制系統

閉環控制系統是建立在反饋原理基礎之上的，利用輸出量同期望值的偏差對系統進行控制，可獲得比較好的控制性能。閉環控制系統又稱反饋控制系統。

按給定信號分類，自動控制系統可分為恆值控制系統、隨動控制系統和程序控制系統。

恆值控制系統

給定值不變，要求系統輸出量以一定的精度接近給定希望值的系統。如生產過程中的温度、壓力、流量、液位高度、電動機轉速等自動控制系統屬於恆值系統。

隨動控制系統

給定值按未知時間函數變化，要求輸出跟隨給定值的變化。如跟隨衞星的雷達天線系統。

程序控制系統

給定值按一定時間函數變化。如程控機牀。

自動控制系統已被廣泛應用於人類社會的各個領域。

在工業方面，對於冶金、化工、機械製造等生產過程中遇到的各種物理量，包括温度、流量、壓力、厚度、張力、速度、位置、頻率、相位等，都有相應的控制系統。在此基礎上通過採用數字計算機還建立起了控制性能更好和自動化程度更高的數字控制系統，以及具有控制與管理雙重功能的過程控制系統。在農業方面的應用包括水位自動控制系統、農業機械的自動操作系統等。

在軍事技術方面，自動控制的應用實例有各種類型的伺服系統、火力控制系統、制導與控制系統等。在航天、航空和航海方面，除了各種形式的控制系統外，應用的領域還包括導航系統、遙控系統和各種仿真器。

此外，在辦公室自動化、圖書管理 、交通 管 理乃至日常家務方面，自動控制技術也都有着實際的應用。隨着控制理論和控制技術的發展，自動控制系統的應用領域還在不斷擴大，幾乎涉及生物、醫學、生態、經濟、社會等所有領域。

書名:自動控制系統/普通高等教育十五國家級規劃教材

ISBN:704012559

作者:李先允

出版社:高等教育出版社

定價:23.3

頁數:285

出版日期:2003-7-1

版次:1

開本:16開

包裝:平裝

簡介:本書是普通高等教育“十五”國家級規劃教材（高職高專教育），本書針對高職高專層次教育的特點，理論知識的講解以必須夠用為度，注重應用能力的培養，將較難理解的自控原理的內容穿插到自動控制系統的講解中介紹。書中介紹了直流調速的閉環控制系統、可逆直流調速系統、直流脈寬調速系統、數字直流調速系統、異步電動機變轉差率調速系統、異步電動機變頻調速系統等。

目錄

第一章

自動控制原理概論

1.1概述

1.1.1引言

1.1.2控制系統的結構

1.1.3控制系統的分類

1.1.4控制系統的基本要求

1.1.5控制系統的分析與設計

1.2 系統數學模型與傳遞函數

1.2.1建立數學模型的方法

1.2.2控制系統的微分方程

1.2.3控制系統的傳遞函數

1.2.4控制系統的動態結構圖

1.3典型環節與反饋控制

1.3.1典型環節

1.3.2反饋控制

思考題與習題

第二章 自動控制系統的分析與校正

2.1 系統時域分析

2.1.1基本概念

2.1.2一階系統階躍響應分析

2.1.3二階系統階躍響應分析

2.2 自動控制系統的穩定性分析

2.2.1系統穩定性基本概念

2.2.2系統穩定性條件

2.2.3系統穩態性能分析

2.3 系統的頻域分析

2.3.1基本概念

2.3.2自動控制系統的伯德圖

2.3.3系統頻域穩定性基本概念

2.4自動控制系統的頻域校正

2.4.1基本概念

2.4.2自動控制系統校正方法

2.5 MATLAB和SIMULINK應用簡介

2.5.1 MATLAB應用簡介

2.5.2 SIMULINK應用簡介

思考題與習題

第三章 閉環直流調速系統

3.1 直流調速系統概論

3.1.1調速指標與直流調速的基本方法

3.1.2直流調速系統的結構

3.1.3直流調速系統的檢測方法

3.1.4晶閘管-電動機系統的開環特性分析

3.2直流調速系統中典型環節的傳遞函數

3.2.1晶閘管觸發整流裝置

3.2.2直流電動機

3.2.3比例、積分及比例--積分調節器

3.2.4測速發電機

3.3單閉環調速系統分析

3.3.1有靜差轉速負反饋直流調速系統

3.3.2無靜差轉速負反饋直流調速系統

3.3.3其它反饋在單閉環直流調速系統中的應用

3.4轉速、電流雙閉環調速系統分析

3.4.1雙閉環調速系統的組成及工作原理

3.4.2雙閉環調速系統穩態分析

3.4.3雙閉環調速系統動態分析

3.5轉速、電流雙閉環系統調節器的工程設計

3.5.1調節器的工程設計方法概論

3.5.2典型系統及其參數和性能指標的關係

3.5.3調節器的選擇

3.5.4對控制對象傳遞函數的近似處理

3.5.5應用MATLAB輔助設計電流、轉速雙閉環系統調節器

3.6其他多環調速系統簡介

3.6.1多環控制系統內環的作用

3.6.2多環調速系統簡介

思考題與習題

第四章 可逆直流調速系統

4.1 可逆直流調速系統的實現方法

4.1.1電樞反接可逆電路

4.1.2勵磁反接可逆電路

4.1.3電樞反接可逆電路與勵磁反接可逆電路的比較

4.2 可逆直流調速系統的環流分析

4.2.1環流的種類

4.2.2靜態環流的分析

4.3 有環流可逆直流調速系統

4.3.1α=β工作制有環流可逆直流調速系統

4.3.2可控環流的可逆直流調速系統

4.4 無環流可逆直流調速系統

4.4.1 邏輯無環流可逆直流調速系統

4.4.2錯位無環流可逆直流調速系統

思考題與習題

第五章 直流脈寬調速系統

5.1 脈寬調製變換器

5.1.1不可逆PWM變換器

5.1.2可逆PWM變換器

5.2 脈寬調速系統的開環機械特性

5.3 脈寬調速系統的控制電路

5.3.1脈寬調製器

5.3.2邏輯延時環節

5.3.3基極驅動器

5.4直流脈寬調速系統的特殊問題

5.4.1電流脈動量

5.4.2轉速脈動量

5.4.3電力晶體管的開關損耗和最佳開關頻率

5.4.4泵升電壓限制電路

思考題與習題

第六章 位置隨動系統

6.1位置控制原理

6.1.1位置隨動系統的分類

6.1.2位置控制方法

6.2位置隨動系統檢測元件

6.2.1旋轉變壓器

6.2.2光柵

6.2.3感應同步器

6.3位置隨動系統分析與設計

6.3.1位置隨動系統靜態誤差分析

6.3.2位置隨動系統動態校正設計

思考題與習題

第七章 交流調壓調速系統和串級調速

7.1 交流調速的基本原理

7.1.1交流調速系統的特性

7.1.2交流調速系統的分類

7.2 交流調壓調速系統

7.2.1調壓調速系統的原理和電路

7.2.2交流調壓調速系統機械特性分析

7.3 串級調速系統

7.3.1串級調速系統的基本原理

7.3.2串級調速系統機械特性

7.3.3雙閉環串級調速系統分析

思考題與習題

第八章 異步電動機變壓變頻調速系統

8.1 變頻調速的基本控制方式

8.1.1基頻以下調速

8.1.2基頻以上調速

8.2異步電動機變頻調速的機械特性

8.2.1恆壓恆頻控制異步電動機的機械特性

8.2.2恆壓恆頻控制異步電動機的變頻調速性能分析

8.3轉速開環變頻調速系統

8.3.1交-直-交電壓型逆變器轉速開環的變頻調速系統

8.3.2電流型逆變器轉速開環的變頻調速系統

8.4轉差頻率控制的轉速閉環調速系統

8.4.1轉差頻率控制的基本概念

8.4.2轉差頻率控制規律

8.4.3轉差頻率控制的變頻調速系統

8.5異步電動機矢量變換控制系統

8.5.1異步電動機矢量變換控制的基本原理

8.5.2矢量變換運算規律及實現

8.5.3矢量變換控制中的異步電動機數學模型

8.5.4異步電動機矢量變換控制基本方程式

8.5.5異步電動機矢量變換控制系統

8.6異步電動機的直接轉矩控制

8.6.1直接轉矩控制的特點

8.6.2直接轉矩控制的基本原理

8.6.3異步電動機轉矩控制的基本控制方案

思考題與習題

第九章 變頻器應用技術

9.1變頻器裝置的分類及主要功能

9.1.1變頻器裝置的分類

9.1.2通用變頻器的主要功能

9.2變頻器的選擇

9.2.1 變頻器類型的選擇

9.2.2控制方式的選擇

9.2.3控制系統

9.2.4變頻器容量選擇

9.2.5變頻器外圍設備的選擇

9.3電動機容量的選擇

9.4電纜的選擇

9.5 變頻器與PLC和上位機的連接

9.5.1變頻器的輸入輸出電路

9.5.2使用時應注意的問題

9.5.3通過數據傳輸進行的控制

9.5.4接地和電源系統

9.6 變頻器的安裝、調試及使用

9.6.1通用變頻器的安裝

9.6.2變頻器的接線

9.6.3通用變頻器的調試

9.6.4通用變頻器的使用方法

思考題與習題

第十章 全數字化交直流調速控制系統

10.1概述

10.1.1系統總體結構

10.1.2電機數字控制系統的設計方法和步驟

10.1.3電機數字控制系統的硬件系統設計方法和步驟

10.1.4電機數字控制系統總體方案的確定

10.1.5微處理芯片的選擇

10.1.6控制系統的軟件

10.1.7數字調速系統的特點

10.2 全數字化直流調速系統

10.2.1國內外直流調速系統數字化的發展概況

10.2.2 32位全數字化直流傳動裝置介紹

10.2.3應用實例

10.3 微機控制的交流調速系統

10.3.1功能模塊劃分與微機系統結構

10.3.2矢量控制系統的微機控制

10.3.3交流電動機的微機變頻控制裝置設計

思考題與習題

附錄 常用符號表

參考文獻

書 名:自動控制系統——工作原理、性能分析與系統調試

第2版 1碟

層 次：高職高專

配 套：電子課件

作　者：孔凡才

出版社： 機械工業出版社

出版時間：2011-01-20

ISBN:9787111115298

開本： 16開

定價:￥36.0

本書內容分3篇：第1篇主要從物理過程上，概括地講述常用檢測元件、常用電動機和電力電子供電電路等基本部件的工作原理（4～30學時）。第2篇內容包括系統數學模型、MATLAB軟件及其應用、系統性能分析和系統校正等。本篇主要從傳遞函數與系統框圖出發，應用Simulink系統仿真分析，以定性分析為主，闡述各環節（及各參數）對系統性能的影響與改進性能的途徑（24學時）。第3篇為各種常見典型自動控制系統的工作原理、性能分析和系統調試（16～48學時）。本書從基礎知識→自動控制原理→自動控制系統→具體電路→系統調試→故障排查，為讀者提供了一個完整的認知過程和一個理論聯繫實際的實踐過程，內容全面豐富。本書的特點是內容新，理論聯繫實際，突出物理過程的分析，注重方法論的闡述，注意基礎知識的複習與應用，分析細緻，通俗易懂。並可根據不同專業要求，有6種方案可供選擇（學時為50～96）。全書每章均有小結、思考題與習題，它們多為生產實際中的問題。書中還安排了較多的閲讀材料、實例分析和讀圖練習，以利學生的自學、分析和實踐能力的提高。此外，還有與教材配套的實踐項目內容和相應的實踐裝置介紹。為便於新版教材的使用，本書還附帶一張配套的多媒體光盤（CAI光盤）。光盤內容包括【教學指導】、【參考電子教案】、【自學輔導】、【疑難問題解答】、【實例分析】及【實踐裝置和實驗、實訓指導書】等。該光盤對教師教學及學生學習，都將會有很大的幫助。本書可供應用型本科、技師學院、高等專科學校、高等職業技術學院、職工大學的電氣工程類專業、應用電子類專業、機械類專業、機電一體化專業、數控機牀維修專業和計算機應用類專業選用，也可供工程技術人員參考，並可作為技師和高級技師技術培訓教材。

前言

第1篇 自動控制系統概述和典型自動控制系統的基本部件

第1章 自動控制系統概述

第2章 常用檢測元件

第3章 常用電動機的工作原理

第4章 電力電子供電電路

第5章 常用的調節器線路

第2篇 自動控制原理

第6章 拉普拉斯變換

第7章 自動控制系統的數學模型

第8章 自動控制系統的性能分析

第9章 改善自動控制系統性能的途徑

第3篇 典型自動控制系統的工作原理、性能分析和系統調試

第10章 水位控制系統與温度控制系統

第11章 晶閘管直流調速系統

第12章 雙極晶體管（BJT）脈寬調製（PWM）控制的直流調速系統

第13章 絕緣柵雙極晶體管（IGBT）正弦脈寬調製（SPWM）控制的交流調速系統

第14章 位置隨動系統

第15章 自動控制系統的分析、調試與故障的排除

附錄

參考文獻