自动控制系统

系统组成
自动控制系统由控制器和被控对象组成。但要实现复杂的控制任务，一个典型的自动控制系统通常还应当包括：定值元件、执行元件、测量变送元件和比较元件 
。
历史发展
经过20多年的发展，中国工业自动控制系统装置制造行业取得了长足的发展，尤其是20世纪90年代以来，中国工业自动控制系统装置制造行业的产量一直保持在年增长20%以上。2011年，中国工业自动控制系统装置制造行业取得了令人瞩目的成绩。全年完成工业总产值2056.04亿元;产品销售收入1996.73亿元，同比增长24.66%;实现利润总额202.84亿元，同比增长28.74%。国产自动控制系统相继在火电、化肥、炼油领域取得了突破。
中国的工业自动化市场主体主要由软硬件制造商、系统集成商、产品分销商等组成。在软硬件产品领域，中高端市场几乎全部由国外著名品牌产品垄断，并将仍维持此种局面;在系统集成领域，跨国公司占据制造业的高端，具有深厚行业背景的公司在相关行业系统集成业务中占据主动，具有丰富应用经验的系统集成公司充满竞争力。
在工业自动化市场，供应和需求之间存在错位。客户需要的是完整的能满足自身制造工艺的电气控制系统，而供应商提供的是各种标准化器件产品。行业不同，电气控制的差异非常大，甚至同一行业客户因各自工艺的不同导致需求也有很大差异。这种供需之间的矛盾为工业自动化行业创造了发展空间。
中国拥有世界最大的工业自动控制系统装置市场，传统工业技术改造、工厂自动化、企业信息化需要大量的工业自动化系统，市场前景广阔。工业控制自动化技术正在向智能化、网络化和集成化方向发展。基于工业自动化控制较好的发展前景，预计2015年工业自动控制系统装置制造行业市场规模将超过3500亿元。
随着工业自动控制系统装置制造行业竞争的不断加剧，大型工业自动控制系统装置制造企业间并购整合与资本运作日趋频繁，国内优秀的工业自动控制系统装置制造企业愈来愈重视对行业市场的研究，特别是对产业发展环境和产品购买者的深入研究。
系统分类
按控制原理的不同，自动控制系统分为开环控制系统和闭环控制系统。
开环控制系统
在开环控制系统中，系统输出只受输入的控制，控制精度和抑制干扰的特性都比较差。开环控制系统中，基于按时序进行逻辑控制的称为顺序控制系统；由顺序控制装置、检测元件、执行机构和被控工业对象所组成。主要应用于机械、化工、物料装卸运输等过程的控制以及机械手和生产自动线。
闭环控制系统
闭环控制系统是建立在反馈原理基础之上的，利用输出量同期望值的偏差对系统进行控制，可获得比较好的控制性能。闭环控制系统又称反馈控制系统。
按给定信号分类，自动控制系统可分为恒值控制系统、随动控制系统和程序控制系统。
恒值控制系统
给定值不变，要求系统输出量以一定的精度接近给定希望值的系统。如生产过程中的温度、压力、流量、液位高度、电动机转速等自动控制系统属于恒值系统。
随动控制系统
给定值按未知时间函数变化，要求输出跟随给定值的变化。如跟随卫星的雷达天线系统。
程序控制系统
给定值按一定时间函数变化。如程控机床。
应用领域
自动控制系统已被广泛应用于人类社会的各个领域。
在工业方面，对于冶金、化工、机械制造等生产过程中遇到的各种物理量，包括温度、流量、压力、厚度、张力、速度、位置、频率、相位等，都有相应的控制系统。在此基础上通过采用数字计算机还建立起了控制性能更好和自动化程度更高的数字控制系统，以及具有控制与管理双重功能的过程控制系统。在农业方面的应用包括水位自动控制系统、农业机械的自动操作系统等。
在军事技术方面，自动控制的应用实例有各种类型的伺服系统、火力控制系统、制导与控制系统等。在航天、航空和航海方面，除了各种形式的控制系统外，应用的领域还包括导航系统、遥控系统和各种仿真器。
此外，在办公室自动化、图书管理 、交通 管 理乃至日常家务方面，自动控制技术也都有着实际的应用。随着控制理论和控制技术的发展，自动控制系统的应用领域还在不断扩大，几乎涉及生物、医学、生态、经济、社会等所有领域。
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相关教材
书名:自动控制系统/普通高等教育十五国家级规划教材
ISBN:704012559
作者:李先允
出版社:高等教育出版社
定价:23.3
页数:285
出版日期:2003-7-1
版次:1
开本:16开
包装:平装
简介:本书是普通高等教育“十五”国家级规划教材（高职高专教育），本书针对高职高专层次教育的特点，理论知识的讲解以必须够用为度，注重应用能力的培养，将较难理解的自控原理的内容穿插到自动控制系统的讲解中介绍。书中介绍了直流调速的闭环控制系统、可逆直流调速系统、直流脉宽调速系统、数字直流调速系统、异步电动机变转差率调速系统、异步电动机变频调速系统等。
目录
第一章
自动控制原理概论
1.1概述
1.1.1引言
1.1.2控制系统的结构
1.1.3控制系统的分类
1.1.4控制系统的基本要求
1.1.5控制系统的分析与设计
1.2 系统数学模型与传递函数
1.2.1建立数学模型的方法
1.2.2控制系统的微分方程
1.2.3控制系统的传递函数
1.2.4控制系统的动态结构图
1.3典型环节与反馈控制
1.3.1典型环节
1.3.2反馈控制
思考题与习题
第二章 自动控制系统的分析与校正
2.1 系统时域分析
2.1.1基本概念
2.1.2一阶系统阶跃响应分析
2.1.3二阶系统阶跃响应分析
2.2 自动控制系统的稳定性分析
2.2.1系统稳定性基本概念
2.2.2系统稳定性条件
2.2.3系统稳态性能分析
2.3 系统的频域分析
2.3.1基本概念
2.3.2自动控制系统的伯德图
2.3.3系统频域稳定性基本概念
2.4自动控制系统的频域校正
2.4.1基本概念
2.4.2自动控制系统校正方法
2.5 MATLAB和SIMULINK应用简介
2.5.1 MATLAB应用简介
2.5.2 SIMULINK应用简介
思考题与习题
第三章 闭环直流调速系统
3.1 直流调速系统概论
3.1.1调速指标与直流调速的基本方法
3.1.2直流调速系统的结构
3.1.3直流调速系统的检测方法
3.1.4晶闸管-电动机系统的开环特性分析
3.2直流调速系统中典型环节的传递函数
3.2.1晶闸管触发整流装置
3.2.2直流电动机
3.2.3比例、积分及比例--积分调节器
3.2.4测速发电机
3.3单闭环调速系统分析
3.3.1有静差转速负反馈直流调速系统
3.3.2无静差转速负反馈直流调速系统
3.3.3其它反馈在单闭环直流调速系统中的应用
3.4转速、电流双闭环调速系统分析
3.4.1双闭环调速系统的组成及工作原理
3.4.2双闭环调速系统稳态分析
3.4.3双闭环调速系统动态分析
3.5转速、电流双闭环系统调节器的工程设计
3.5.1调节器的工程设计方法概论
3.5.2典型系统及其参数和性能指标的关系
3.5.3调节器的选择
3.5.4对控制对象传递函数的近似处理
3.5.5应用MATLAB辅助设计电流、转速双闭环系统调节器
3.6其他多环调速系统简介
3.6.1多环控制系统内环的作用
3.6.2多环调速系统简介
思考题与习题
第四章 可逆直流调速系统
4.1 可逆直流调速系统的实现方法
4.1.1电枢反接可逆电路
4.1.2励磁反接可逆电路
4.1.3电枢反接可逆电路与励磁反接可逆电路的比较
4.2 可逆直流调速系统的环流分析
4.2.1环流的种类
4.2.2静态环流的分析
4.3 有环流可逆直流调速系统
4.3.1α=β工作制有环流可逆直流调速系统
4.3.2可控环流的可逆直流调速系统
4.4 无环流可逆直流调速系统
4.4.1 逻辑无环流可逆直流调速系统
4.4.2错位无环流可逆直流调速系统
思考题与习题
第五章 直流脉宽调速系统
5.1 脉宽调制变换器
5.1.1不可逆PWM变换器
5.1.2可逆PWM变换器
5.2 脉宽调速系统的开环机械特性
5.3 脉宽调速系统的控制电路
5.3.1脉宽调制器
5.3.2逻辑延时环节
5.3.3基极驱动器
5.4直流脉宽调速系统的特殊问题
5.4.1电流脉动量
5.4.2转速脉动量
5.4.3电力晶体管的开关损耗和最佳开关频率
5.4.4泵升电压限制电路
思考题与习题
第六章 位置随动系统
6.1位置控制原理
6.1.1位置随动系统的分类
6.1.2位置控制方法
6.2位置随动系统检测元件
6.2.1旋转变压器
6.2.2光栅
6.2.3感应同步器
6.3位置随动系统分析与设计
6.3.1位置随动系统静态误差分析
6.3.2位置随动系统动态校正设计
思考题与习题
第七章 交流调压调速系统和串级调速
7.1 交流调速的基本原理
7.1.1交流调速系统的特性
7.1.2交流调速系统的分类
7.2 交流调压调速系统
7.2.1调压调速系统的原理和电路
7.2.2交流调压调速系统机械特性分析
7.3 串级调速系统
7.3.1串级调速系统的基本原理
7.3.2串级调速系统机械特性
7.3.3双闭环串级调速系统分析
思考题与习题
第八章 异步电动机变压变频调速系统
8.1 变频调速的基本控制方式
8.1.1基频以下调速
8.1.2基频以上调速
8.2异步电动机变频调速的机械特性
8.2.1恒压恒频控制异步电动机的机械特性
8.2.2恒压恒频控制异步电动机的变频调速性能分析
8.3转速开环变频调速系统
8.3.1交-直-交电压型逆变器转速开环的变频调速系统
8.3.2电流型逆变器转速开环的变频调速系统
8.4转差频率控制的转速闭环调速系统
8.4.1转差频率控制的基本概念
8.4.2转差频率控制规律
8.4.3转差频率控制的变频调速系统
8.5异步电动机矢量变换控制系统
8.5.1异步电动机矢量变换控制的基本原理
8.5.2矢量变换运算规律及实现
8.5.3矢量变换控制中的异步电动机数学模型
8.5.4异步电动机矢量变换控制基本方程式
8.5.5异步电动机矢量变换控制系统
8.6异步电动机的直接转矩控制
8.6.1直接转矩控制的特点
8.6.2直接转矩控制的基本原理
8.6.3异步电动机转矩控制的基本控制方案
思考题与习题
第九章 变频器应用技术
9.1变频器装置的分类及主要功能
9.1.1变频器装置的分类
9.1.2通用变频器的主要功能
9.2变频器的选择
9.2.1 变频器类型的选择
9.2.2控制方式的选择
9.2.3控制系统
9.2.4变频器容量选择
9.2.5变频器外围设备的选择
9.3电动机容量的选择
9.4电缆的选择
9.5 变频器与PLC和上位机的连接
9.5.1变频器的输入输出电路
9.5.2使用时应注意的问题
9.5.3通过数据传输进行的控制
9.5.4接地和电源系统
9.6 变频器的安装、调试及使用
9.6.1通用变频器的安装
9.6.2变频器的接线
9.6.3通用变频器的调试
9.6.4通用变频器的使用方法
思考题与习题
第十章 全数字化交直流调速控制系统
10.1概述
10.1.1系统总体结构
10.1.2电机数字控制系统的设计方法和步骤
10.1.3电机数字控制系统的硬件系统设计方法和步骤
10.1.4电机数字控制系统总体方案的确定
10.1.5微处理芯片的选择
10.1.6控制系统的软件
10.1.7数字调速系统的特点
10.2 全数字化直流调速系统
10.2.1国内外直流调速系统数字化的发展概况
10.2.2 32位全数字化直流传动装置介绍
10.2.3应用实例
10.3 微机控制的交流调速系统
10.3.1功能模块划分与微机系统结构
10.3.2矢量控制系统的微机控制
10.3.3交流电动机的微机变频控制装置设计
思考题与习题
附录 常用符号表
参考文献
机工教材
书 名:自动控制系统——工作原理、性能分析与系统调试
第2版 1碟
层 次：高职高专
配 套：电子课件
作　者：孔凡才
出版社： 机械工业出版社
出版时间：2011-01-20
ISBN:9787111115298
开本： 16开
定价:￥36.0
内容简介
本书内容分3篇：第1篇主要从物理过程上，概括地讲述常用检测元件、常用电动机和电力电子供电电路等基本部件的工作原理（4～30学时）。第2篇内容包括系统数学模型、MATLAB软件及其应用、系统性能分析和系统校正等。本篇主要从传递函数与系统框图出发，应用Simulink系统仿真分析，以定性分析为主，阐述各环节（及各参数）对系统性能的影响与改进性能的途径（24学时）。第3篇为各种常见典型自动控制系统的工作原理、性能分析和系统调试（16～48学时）。本书从基础知识→自动控制原理→自动控制系统→具体电路→系统调试→故障排查，为读者提供了一个完整的认知过程和一个理论联系实际的实践过程，内容全面丰富。本书的特点是内容新，理论联系实际，突出物理过程的分析，注重方法论的阐述，注意基础知识的复习与应用，分析细致，通俗易懂。并可根据不同专业要求，有6种方案可供选择（学时为50～96）。全书每章均有小结、思考题与习题，它们多为生产实际中的问题。书中还安排了较多的阅读材料、实例分析和读图练习，以利学生的自学、分析和实践能力的提高。此外，还有与教材配套的实践项目内容和相应的实践装置介绍。为便于新版教材的使用，本书还附带一张配套的多媒体光盘（CAI光盘）。光盘内容包括【教学指导】、【参考电子教案】、【自学辅导】、【疑难问题解答】、【实例分析】及【实践装置和实验、实训指导书】等。该光盘对教师教学及学生学习，都将会有很大的帮助。本书可供应用型本科、技师学院、高等专科学校、高等职业技术学院、职工大学的电气工程类专业、应用电子类专业、机械类专业、机电一体化专业、数控机床维修专业和计算机应用类专业选用，也可供工程技术人员参考，并可作为技师和高级技师技术培训教材。
目录
前言
第1篇 自动控制系统概述和典型自动控制系统的基本部件
第1章 自动控制系统概述
第2章 常用检测元件
第3章 常用电动机的工作原理
第4章 电力电子供电电路
第5章 常用的调节器线路
第2篇 自动控制原理
第6章 拉普拉斯变换
第7章 自动控制系统的数学模型
第8章 自动控制系统的性能分析
第9章 改善自动控制系统性能的途径
第3篇 典型自动控制系统的工作原理、性能分析和系统调试
第10章 水位控制系统与温度控制系统
第11章 晶闸管直流调速系统
第12章 双极晶体管（BJT）脉宽调制（PWM）控制的直流调速系统
第13章 绝缘栅双极晶体管（IGBT）正弦脉宽调制（SPWM）控制的交流调速系统
第14章 位置随动系统
第15章 自动控制系统的分析、调试与故障的排除
附录
参考文献


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