高職高專電氣自動化技術專業規劃教材 自動控製原理與係統 9787512300415 下載 mobi epub pdf 電子書 2026

基本信息

書名:高職高專電氣自動化技術專業規劃教材 自動控製原理與係統

定價：17.60元

售價：12.8元,便宜4.8元,摺扣72

作者:王詩軍

齣版社：中國電力齣版社

齣版日期：2010-01-01

ISBN：9787512300415

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.281kg

編輯推薦

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內容提要

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本書為高職高專電氣自動化技術專業規劃教材。
本書分為兩篇九章，上篇為自動控製原理部分，包括自動控製係統的基本概念、數學模型、自動控製的時域分析法和頻域分析法、自動控製係統的校正。下篇為自動控製係統部分，包括單閉環調速係統、轉速、電流雙閉環直流調速係統、可逆直流調速係統、直流脈寬調速係統。
本書可作為高職高專自動化類、電力技術類等專業自動控製原理與係統課程的教材，也可供相關工程技術人員參考。

目錄

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作者介紹

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文摘

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序言

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自動控製原理與係統：現代工業的基石與發展前沿 自動控製技術，作為一門研究如何使機械、電氣、信息等係統在無人乾預的情況下按照預定目標運行的科學，早已滲透到現代工業生産和日常生活的方方麵麵。從工廠裏精準運作的生産綫，到傢中舒適調節的空調，再到現代交通係統中高效運行的導航與駕駛輔助係統，自動控製的身影無處不在。它不僅是提升生産效率、保障産品質量的關鍵，更是實現智能化、自動化生産，推動社會進步的重要驅動力。 一、 自動控製係統的基本概念與構成 一個典型的自動控製係統，其核心在於“反饋”機製。簡單來說，它是指將係統的輸齣量（被控製量）經過測量，再與預設的目標值（給定值）進行比較，將兩者之間的偏差信號進行處理，並以此信號去控製係統的輸入（控製器），從而使輸齣量始終趨近於目標值，減小甚至消除偏差。這個過程就像一個人在行走時，眼睛不斷觀察腳下的路況，並根據看到的畫麵不斷調整身體的姿勢和步幅，以保持平衡和按照既定方嚮前進。 一個完整的自動控製係統通常由以下幾個基本組成部分構成： 控製器（Controller）： 這是係統的“大腦”，負責接收偏差信號，並根據預設的控製規律（如PID控製、模糊控製等）産生控製指令。它決定瞭係統如何響應外部乾擾和內部變化，是實現控製性能的關鍵。 執行器（Actuator）： 這是係統的“手臂”，接收控製器發齣的控製指令，並將其轉換為實際的物理作用，如改變電機轉速、閥門開度、加熱功率等，從而直接影響被控對象。執行器的選擇直接關係到係統的響應速度、精度和功率。 被控對象（Plant/Process）： 這是係統的“身體”，是需要被控製的物理實體或過程。例如，在溫度控製係統中，被控對象就是加熱爐或空調係統；在電機調速係統中，被控對象就是電機本身。被控對象的動態特性（如慣性、延遲、非綫性等）是設計控製器的重要依據。 傳感器（Sensor）： 這是係統的“感官”，用於測量被控對象的輸齣量，並將其轉換為電信號傳遞給控製器。傳感器的精度、靈敏度和響應速度直接影響控製係統的測量準確性和及時性。 比較器（Comparator）： 負責將傳感器的測量值與給定值進行比較，産生偏差信號。通常集成在控製器內部。 反饋通路（Feedback Path）： 將被控對象的輸齣信息（經過傳感器測量）傳遞迴控製器的通路。 根據反饋信號是否與係統輸齣同嚮，自動控製係統又可分為兩大類： 閉環控製係統（Closed-loop Control System）： 也稱為反饋控製係統。其核心特點是存在反饋通路，係統的輸齣量通過傳感器和反饋通路影響控製器的作用。閉環控製係統能夠有效地剋服外部乾擾和係統內部參數變化帶來的影響，具有高精度、高穩定性的優點，是現代自動控製的主流。 開環控製係統（Open-loop Control System）： 沒有反饋通路，控製器的作用僅由輸入信號決定，與係統的輸齣量無關。開環係統結構簡單，成本較低，但抗乾擾能力差，精度不高，隻能在係統特性已知且乾擾較小的情況下使用。例如，定時開關的電燈就是一種開環控製。 二、 自動控製係統的數學模型 要設計和分析一個自動控製係統，必須首先建立其數學模型，用數學語言描述係統的動態特性。常用的數學模型包括： 傳遞函數模型（Transfer Function Model）： 主要適用於綫性定常係統，描述的是係統輸入與輸齣之間的復頻域（拉普拉斯變換域）關係。傳遞函數能夠直觀地反映係統的動態特性，如延遲、慣性、振蕩等，是係統分析和控製器設計中最常用的模型。 狀態空間模型（State-space Model）： 適用於更廣泛的係統，包括綫性和非綫性、時變係統。它將係統的內部狀態變量及其變化率作為描述的基礎，可以更全麵地反映係統的內部動態。狀態空間模型在現代控製理論，尤其是在最優控製、估計理論和數字控製等方麵有著重要的應用。 微分方程模型（Differential Equation Model）： 基於物理定律（如牛頓定律、電路定律等）直接建立的描述係統變量隨時間變化的方程。微分方程是建立其他模型的基礎。 三、 自動控製係統的分析 建立數學模型後，需要對控製係統的性能進行分析，以評估其是否滿足設計要求。主要的分析內容包括： 時域分析（Time-domain Analysis）： 研究係統在典型輸入信號（如單位階躍信號、單位斜坡信號、單位脈衝信號）作用下的響應過程。通過分析係統的瞬態響應（如超調量、調節時間、上升時間）和穩態響應（如穩態誤差），來評價係統的動態性能和精度。 頻域分析（Frequency-domain Analysis）： 研究係統對不同頻率的正弦輸入信號的響應特性。通過繪製伯德圖（Bode Plot）、奈奎斯特圖（Nyquist Plot）等，可以直觀地瞭解係統的幅值響應和相角響應，從而分析係統的穩定性和動態性能。頻域分析尤其適用於評估係統的抗乾擾能力和噪聲抑製能力。 根軌跡分析（Root Locus Analysis）： 分析閉環係統極點（即閉環傳遞函數的特徵方程的根）隨控製器增益變化的軌跡。通過觀察根軌跡的位置，可以預測係統的穩定性、動態響應以及選擇閤適的控製器參數。 穩定性分析（Stability Analysis）： 評估係統在受到微小擾動後，其狀態是否會趨於發散。穩定是自動控製係統的基本要求，不穩定係統將導緻災難性的後果。常用的穩定性判據包括勞斯判據（Routh Criterion）、奈奎斯特判據（Nyquist Criterion）等。 四、 自動控製係統的設計 自動控製係統的設計目標是根據性能指標的要求，選擇閤適的控製器類型和參數，使係統能夠穩定、快速、準確地運行。主要的設計方法包括： PID 控製器設計（PID Controller Design）： PID（比例-積分-微分）控製器是最廣泛應用的控製器類型，其控製律結閤瞭比例、積分和微分三種作用。通過整定PID的三個參數（Kp、Ki、Kd），可以實現對係統響應速度、超調量和穩態誤差的有效控製。PID控製因其結構簡單、易於實現、魯棒性好等優點，在工業界有著極高的普及率。 狀態反饋控製設計（State Feedback Control Design）： 基於狀態空間模型，通過將係統的狀態變量進行綫性組閤來設計控製器。狀態反饋控製能夠實現任意配置閉環係統極點的目標，理論上可以獲得最優的控製性能，但需要測量所有狀態變量。 最優控製（Optimal Control）： 尋找最優的控製策略，使係統在滿足一定約束條件下，達到某種性能指標的最優值，例如最小化能量消耗、最小化響應時間等。動態規劃（Dynamic Programming）和龐特裏亞金最小化原理（Pontryagin's Minimum Principle）是求解最優控製問題的重要工具。 模糊控製（Fuzzy Control）： 適用於被控對象模型不精確或難以建立精確數學模型的情況。模糊控製利用人類的經驗和模糊邏輯來設計控製器，通過模糊化輸入量、模糊推理和解模糊等步驟實現控製。 自適應控製（Adaptive Control）： 當被控對象的參數發生變化時，自適應控製器能夠自動調整自身的參數，以維持係統的性能。 五、 自動控製係統在現代工業中的應用 自動控製技術是現代工業自動化的核心，其應用領域極為廣泛，深刻地改變著生産方式和效率： 工業過程控製（Industrial Process Control）： 這是自動控製技術應用最廣泛的領域。在石油化工、鋼鐵冶金、電力、製藥、食品加工等行業，自動控製係統被用於精確控製溫度、壓力、流量、液位、成分等關鍵工藝參數，確保生産過程的穩定、高效和安全。例如，煉油廠的裂化裝置、化工廠的反應釜、發電廠的鍋爐等都離不開復雜的自動控製係統。 製造自動化（Manufacturing Automation）： 機器人技術、數控機床、流水綫生産等都高度依賴自動控製技術。通過自動控製，機器能夠精確地執行重復性任務，大大提高瞭生産效率和産品的一緻性。例如，汽車製造中的焊接機器人、裝配機器人，以及電子産品生産中的SMT設備等。 交通運輸係統（Transportation Systems）： 現代交通係統已經高度智能化，自動控製技術發揮著至關重要的作用。自動駕駛技術、交通信號控製係統、列車自動運行係統（ATO）等，都能夠提高交通的效率、安全性和舒適性。飛機自動駕駛儀、船舶自動導航係統等也是自動控製的典型應用。 航空航天（Aerospace）： 飛行控製係統、姿態穩定係統、軌道控製係統等是確保航天器安全運行的關鍵。從火箭發射到衛星的精確變軌，再到載人飛船的著陸，每一個環節都離不開高精度、高可靠性的自動控製。 機器人技術（Robotics）： 機器人之所以能夠執行各種復雜的任務，正是因為其內部集成瞭先進的自動控製係統，包括運動控製、視覺伺服、力控等。 新能源與環保（New Energy and Environmental Protection）： 風力發電、太陽能發電係統的最大功率點跟蹤（MPPT），以及水處理、廢氣淨化等環保設備的運行，都依賴於自動控製技術來優化能源利用效率和減排效果。 樓宇自動化（Building Automation）： 智能傢居、中央空調、電梯係統、安防係統等，通過自動控製技術，提高瞭居住和工作的舒適性、安全性，並實現瞭能源的優化管理。 六、 自動控製係統的發展趨勢 隨著信息技術的飛速發展，自動控製係統正朝著更加智能化、網絡化、柔性化的方嚮發展： 人工智能在控製中的應用（AI in Control）： 機器學習、深度學習等人工智能技術正被廣泛應用於控製器的設計和優化，例如，通過神經網絡實現對復雜非綫性係統的建模和控製，利用強化學習進行最優策略的學習。 網絡化控製係統（Networked Control Systems, NCS）： 將傳感器、控製器和執行器通過通信網絡連接起來，可以實現分布式控製，提高係統的靈活性和可擴展性。但網絡延遲和丟包等問題也帶來瞭新的挑戰。 預測控製（Predictive Control）： 基於被控對象的模型，預測未來一段時間內的係統行為，並根據預測結果優化控製策略。模型預測控製（MPC）在復雜工業過程控製中展現齣強大的優勢。 自主係統（Autonomous Systems）： 能夠自主感知環境、做齣決策並執行任務的係統，如無人機、自主機器人、自動駕駛汽車等，是自動控製技術發展的終極目標之一。 人機協作（Human-Robot Collaboration）： 未來，自動控製係統將更多地與人類協同工作，實現人與機器的優勢互補。 總而言之，自動控製原理與係統是一門既古老又充滿活力的學科。它為現代工業的發展提供瞭堅實的技術支撐，並不斷推動著社會嚮著更智能、更高效、更美好的未來邁進。對這門學科的深入理解和掌握，對於電氣自動化技術專業的學生來說，是掌握核心技能、應對未來挑戰的關鍵。