机械工程控制基础实验教程
作者：刘国华
出版时间：2019年版
内容简介
本书是“机械工程控制基础”课程的配套教材，紧密结合该课程的基本内容，设计了多个实验，涵盖控制工程的主要知识单元；同时，考虑到该课程是一门独立实验课程，因此本书也保证了知识上的独立性和完整性。本书将理论与实践紧密结合，引导学生发现问题、分析问题、解决问题，从而建构理论、形成观点、提高能力。 本书在实验内容安排上遵循由简到难、循序渐进的原则， 实验环节设置验证性、设计性和综合性三种实验类型，实验单元多种类、多类型，并对目前控制工程实验中常用的技术手段和方法进行了集中介绍，可供不同院校根据自身条件进行选择。 本书可作为应用型本科院校机械工程类专业、测控技术及仪器类专业的本科教材。
目录
第1章 基础知识 1
1.1 线性定常系统概述 1
1.1.1 线性定常系统的数学模型和基本性质 1
1.1.2 线性定常系统的基本动力学特性 1
1.1.3 线性定常系统的典型结构 2
1.1.4 系统的稳定性分析 3
1.2 线性定常系统的品质分析 5
1.2.1 单位阶跃响应的性能指标 5
1.2.2 系统稳态误差分析 6
1.2.3 闭环频率特性和系统阶跃响应的关系 9
1.2.4 开环频率特性和系统阶跃响应的关系 10
1.2.5 系统的校正方法 11
1.3 采样系统理论 12
1.3.1 采样过程和采样定理 12
1.3.2 零阶保持器 13
1.3.3 脉冲传递函数 13
1.3.4 采样系统的稳定性 14
1.3.5 闭环极点与瞬态响应之间的关系 14
1.3.6 稳态误差 15
本章思考题 16
第2章 实验基本理论和方法 17
2.1 概述 17
2.2 典型的测试信号 17
2.3 控制系统动态特性的基本测试方法 19
2.3.1 控制系统动态特性的时域测试法 19
2.3.2 控制系统动态特性的频域测试法 22
2.4 实验调试及测试数据处理 24
2.4.1 测量 24
2.4.2 误差的定义和分类 24
2.4.3 实验结果的处理 26
2.5 实验要求 27
2.5.1 预习要求 27
2.5.2 实验要求 27
2.5.3 实验报告要求 28
本章思考题 29
第3章 MATLAB介绍 30
3.1 MATLAB简介 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编程技巧(程序设计) 35
3.2.1 MATLAB程序设计基本原则 35
3.2.2 数值表示、 变量、 表达式 36
3.2.3 MATLAB基本运算 36
3.3 Simulink建模方法 40
3.3.1 Simulink仿真工具 40
3.3.2 Simulink的启动 41
3.3.3 Simulink界面介绍 41
3.3.4 使用Simulink建立系统模型 41
3.3.5 常用模块内部参数的设置 44
3.3.6 Simulink仿真参数设置 51
3.3.7 用Simulink建立系统模型并仿真范例 53
3.4 MATLAB在控制系统中的应用 54
3.4.1 利用MATLAB进行时域分析 54
3.4.2 利用MATLAB进行频域分析 62
本章思考题 73
第4章 线性系统的校正和设计 74
4.1 基于MATLAB控制系统的频率法串联超前校正设计 74
4.2 基于MATLAB控制系统的频率法串联滞后校正设计 82
4.3 基于MATLAB控制系统的频率法串联超前-滞后校正设计 86
4.4 连续系统PID控制器设计及其参数整定 91
本章思考题 98
第5章 直线倒立摆建模、 仿真及实验 99
5.1 直线一级倒立摆 99
5.1.1 直线一级倒立摆的物理模型 99
5.1.2 直线一级倒立摆系统阶跃响应分析 105
5.1.3 MATLAB Simulink仿真 106
5.1.4 实验结果及实验报告 112
5.2 直线一级倒立摆频率响应控制实验 112
5.2.1 频率响应分析 113
5.2.2 频率响应设计及仿真 114
5.2.3 直线一级倒立摆频率响应校正法实验 120
5.2.4 实验结果及实验报告 122
5.3 直线一级倒立摆PID控制实验 122
5.3.1 PID控制分析 123
5.3.2 PID控制参数设定及仿真 124
5.3.3 PID控制实验 127
5.3.4 实验结果及实验报告 130
本章思考题 130
第6章 直线一级顺摆建模和实验 131
6.1 直线一级顺摆的建模与分析 131
6.1.1 直线一级顺摆的建模 131
6.1.2 实际系统模型 133
6.1.3 系统可控性分析 134
6.2 直线一级顺摆频率响应分析 134
6.3 直线一级顺摆阶跃响应分析 135
6.4 直线一级顺摆的PID控制仿真与实验 136
6.4.1 直线一级顺摆的PID控制分析与仿真 136
6.4.2 直线一级顺摆的PID实时控制实验 138
本章思考题 140
第7章 纺丝机温度控制系统实验 141
7.1 概述 141
7.2 纺丝机温度控制系统分析 141
7.2.1 纺丝机温度控制系统硬件构成 141
7.2.2 纺丝机温度控制系统数学模型 144
7.3 纺丝机温度控制系统电气原理图和人机界面 145
7.3.1 纺丝机温度控制系统电气原理图 145
7.3.2 人机界面(HMI)设计 145
7.4 控制原理及算法实现 148
7.4.1 PID控制 148
7.4.2 PID参数整定 149
7.4.3 PID方法的PLC实现 150
7.5 纺丝机温度控制系统实验 151
7.5.1 人机界面 151
7.5.2 温度控制系统PID控制结果 151
本章思考题 155
参考文献 156
