按素質(zhì)教育的思想來撰寫實驗指導(dǎo)，以適應(yīng)實踐性教學(xué)改革和培養(yǎng)高素質(zhì)、創(chuàng)新人才的需要。

內(nèi)容上不僅滿足自動控制原理實驗課程教學(xué)要求，還包括計算機控制理論與技術(shù)、過程控制系統(tǒng)、控制系統(tǒng)課程設(shè)計、控制系統(tǒng)實踐等課程的教學(xué)實驗內(nèi)容。

教材的編寫盡量考慮通用性，遵循“寬編窄用”的內(nèi)容選取原則和模塊化的內(nèi)容組織原則。

實驗內(nèi)容不僅具有教學(xué)上的典型性、代表性，而且具有技術(shù)上的實用性，可作為工程技術(shù)人員開發(fā)設(shè)計控制系統(tǒng)的實用參考書。

本書是為自動控制系列課程的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)而編寫的，是新世紀電子信息與自動化系列課程改革教材之一。

自動化技術(shù)將自動化科學(xué)原理與方法轉(zhuǎn)換為工程技術(shù)應(yīng)用，其本身具有橋梁作用、使能作用和系統(tǒng)集成作用。隨著系統(tǒng)、過程的規(guī)模越來越復(fù)雜，自動化技術(shù)的系統(tǒng)集成作用越來越明顯。自動控制系列課程是理論性和工程應(yīng)用性很強的課程，每一門課程都對應(yīng)有相應(yīng)的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。加強實驗教學(xué)，不僅有助于理論聯(lián)系實際，深化理論教學(xué)，而且有助于培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力。本書是在多年控制理論與控制工程方面教學(xué)實踐的基礎(chǔ)上編寫而成的。

本教程包括控制原理、計算機控制、過程控制、控制系統(tǒng)計算機輔助分析與設(shè)計，及控制系統(tǒng)設(shè)計實踐五部分內(nèi)容。第1章控制原理實驗研究，在介紹實驗研究方法的基礎(chǔ)上設(shè)計了10個典型實驗。第2章計算機控制系統(tǒng)設(shè)計，包括計算機控制原理和可編程邏輯控制器兩方面，在介紹計算機控制系統(tǒng)硬件、軟件技術(shù)基礎(chǔ)上，各設(shè)計了5個實驗內(nèi)容。第3章過程控制系統(tǒng)設(shè)計與實驗，介紹在工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用的智能數(shù)字儀表控制系統(tǒng)、計算機DDC控制系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)，并設(shè)計了相關(guān)實驗。第4章控制系統(tǒng)計算機輔助分析與設(shè)計，對廣泛應(yīng)用的MATLAB軟件的基本操作、控制系統(tǒng)輔助分析、設(shè)計方法進行針對性的介紹。第5章控制系統(tǒng)設(shè)計實踐，討論控制系統(tǒng)設(shè)計的一般過程和工程方法，對典型控制系統(tǒng)的原理、模型、控制器設(shè)計、實現(xiàn)技術(shù)進行介紹。

本教程按素質(zhì)教育的思想來撰寫實驗指導(dǎo)，以適應(yīng)實踐性教學(xué)改革和培養(yǎng)高素質(zhì)、創(chuàng)新人才的需要。內(nèi)容上不僅滿足自動控制原理實驗課程教學(xué)要求，還包括計算機控制理論與技術(shù)、過程控制系統(tǒng)、控制系統(tǒng)課程設(shè)計、控制系統(tǒng)實踐等課程的教學(xué)實驗內(nèi)容。教材的編寫參考了相關(guān)學(xué)校的實驗指導(dǎo)書，盡量考慮教材的通用性，遵循“寬編窄用”的內(nèi)容選取原則和模塊化的內(nèi)容組織原則。由于各學(xué)校采用的實驗設(shè)備不同，實驗步驟有一定的差別，但實驗原理和方法是一致的，書中所列實驗內(nèi)容可根據(jù)教學(xué)時數(shù)和實驗條件的不同選做，也可作為學(xué)生課外實踐和畢業(yè)設(shè)計參考內(nèi)容。本教程的實驗內(nèi)容不僅具有教學(xué)上的典型性、代表性，而且具有技術(shù)上的實用性，可作為工程技術(shù)人員開發(fā)設(shè)計控制系統(tǒng)的實用參考書。

本書第1、3、4章由彭學(xué)鋒編寫，第2章由劉建斌編寫，第5章由魯興舉編寫。鄒逢興教授為本書的體系結(jié)構(gòu)和內(nèi)容選取提供了寶貴的指導(dǎo)意見，在此深表謝意。在本書的編寫過程中，借鑒了相關(guān)學(xué)校和教學(xué)儀器生產(chǎn)廠商的教材和指導(dǎo)書，謹對作者表示衷心的感謝。還要感謝徐曉紅、薛小波、張紅、陳立剛、李治斌等同志對本書提出的修改意見，感謝出版社同志為本書付出的辛勤勞動。

由于作者水平有限，書中難免有遺漏和不當之處，懇請廣大讀者批評指正。

作者

2006年1月

總序
前言
第1章 控制原理實驗研究 1
1.1 控制原理實驗分析方法 2
1.1.1 控制系統(tǒng)測量分析方法 2
1.1.2 控制原理模擬研究方法 10
1.2 控制原理模擬實驗 17
1.2.1 典型環(huán)節(jié)的模擬與參數(shù)測量 17
1.2.2 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 19
1.2.3 控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差研究 20
1.2.4 頻率特性的測試 22
1.2.5 控制系統(tǒng)串聯(lián)校正分析 23
1.2.6 串聯(lián)校正環(huán)節(jié)設(shè)計 24
1.2.7 非線性系統(tǒng)的相平面法研究 26
1.2.8 非線性系統(tǒng)的描述函數(shù)法研究 27
1.2.9 狀態(tài)反饋的設(shè)計與實現(xiàn) 29
1.2.10 狀態(tài)觀測器的研究 30
第2章 計算機控制系統(tǒng)設(shè)計 33
2.1 計算機控制技術(shù) 34
2.1.1 計算機控制系統(tǒng)組成 34
2.1.2 直流伺服電動機的控制原理及數(shù)學(xué)建模 34
2.1.3 步進電機的控制原理 35
2.2 計算機控制系統(tǒng)實驗平臺 37
2.2.1 AEDK-JDK機電實驗平臺硬件 37
2.2.2 AEDK-JDK實驗平臺軟件設(shè)計 41
2.3 計算機控制系統(tǒng)實驗 52
2.3.1 直流電動機速度調(diào)節(jié)和方向控制實驗 52
2.3.2 步進電動機基本原理實驗 53
2.3.3 步進電動機速度調(diào)節(jié)和方向控制實驗 54
2.3.4 反饋信號測量實驗 55
2.3.5 實驗平臺I/O測試實驗 56
2.4 S7-200 PLC及其指令 56
2.4.1 S7-200 PLC硬件系統(tǒng) 57
2.4.2 S7-200 PLC的基本指令 63
2.4.3 S7-200系列PLC的特殊功能寄存器 65
2.5 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計 81
2.5.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計步驟及內(nèi)容 81
2.5.2 PLC程序設(shè)計的常用方法 83
2.5.3 常用基本環(huán)節(jié)編程 84
2.5.4 設(shè)計舉例——液體混合裝置的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計 88
2.6 STEP 7-Micro/WIN32編程軟件介紹 92
2.6.1 軟件功能 92
2.6.2 編程 95
2.6.3 調(diào)試及運行監(jiān)控 98
2.7 可編程控制器實驗 101
2.7.1 PLC2000B型可編程控制實驗箱 101
2.7.2 基本指令的編程練習實驗 103
2.7.3 LED數(shù)碼顯示實驗 104
2.7.4 液體混合裝置控制的模擬實驗 106
2.7.5 四節(jié)傳送帶的模擬實驗 107
2.7.6 電梯控制系統(tǒng)的模擬實驗 108
第3章 過程控制系統(tǒng)設(shè)計與實驗 111
3.1 AE2000A過程控制系統(tǒng) 112
3.1.1 AE2000A系統(tǒng)實驗對象組成結(jié)構(gòu) 112
3.1.2 儀表過程控制系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu) 115
3.1.3 計算機過程控制系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu) 118
3.1.4 可編程邏輯控制器過程控制系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu) 121
3.2 過程控制系統(tǒng)設(shè)計與實驗 122
3.2.1 一階單容上水箱對象特性測試實驗 122
3.2.2 二階雙容下水箱對象特性測試實驗 125
3.2.3 上水箱液位PID整定實驗 127
3.2.4 鍋爐內(nèi)膽溫度二位式控制實驗 131
3.2.5 鍋爐內(nèi)膽溫度PID控制實驗（動態(tài)） 132
3.2.6 流量PID整定實驗 134
3.2.7 電磁和渦輪流量計流量比值控制實驗 136
3.2.8 上水箱下水箱液位串級控制實驗 137
3.2.9 串接雙容下水箱液位PID整定實驗 139
3.3 過程控制系統(tǒng)監(jiān)控軟件設(shè)計 140
3.3.1 MCGS組態(tài)軟件的功能和系統(tǒng)構(gòu)成 141
3.3.2 MCGS組態(tài)軟件的安裝運行 142
3.3.3 MCGS組態(tài)軟件的組態(tài)過程 144
3.3.4 制作工程畫面 145
3.3.5 MCGS組態(tài)軟件的動畫連接 148
3.3.6 MCGS組態(tài)軟件的報警顯示、報表輸出和曲線顯示 152
3.3.7 MCGS組態(tài)軟件的安全機制 154
3.3.8 MCGS組態(tài)軟件的系統(tǒng)設(shè)備使用說明 155
第4章 控制系統(tǒng)計算機輔助分析與設(shè)計 159
4.1 仿真軟件MATLAB 160
4.1.1 MATLAB的基本操作 160
4.1.2 MATLAB的數(shù)值運算 162
4.1.3 MATLAB的繪圖功能 170
4.2 控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型及其轉(zhuǎn)換 171
4.2.1 控制系統(tǒng)模型的基本描述方法 171
4.2.2 控制系統(tǒng)模型間的互相轉(zhuǎn)換 174
4.2.3 控制系統(tǒng)模型的連接 175
4.3 控制系統(tǒng)計算機輔助分析 177
4.3.1 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 177
4.3.2 控制系統(tǒng)的時域分析 179
4.3.3 根軌跡分析 181
4.3.4 控制系統(tǒng)頻域分析 183
4.3.5 控制系統(tǒng)的能控性和能觀測性分析 185
4.4 控制系統(tǒng)計算機輔助設(shè)計 186
4.4.1 控制系統(tǒng)串聯(lián)校正設(shè)計 186
4.4.2 狀態(tài)反饋和狀態(tài)觀測器設(shè)計 188
4.4.3 最優(yōu)控制系統(tǒng)設(shè)計 190
4.4.4 基于MATLAB工具箱的控制系統(tǒng)設(shè)計 191
4.5 動態(tài)仿真集成環(huán)境Simulink 198
4.5.1 控制系統(tǒng)模型構(gòu)造 198
4.5.2 連續(xù)系統(tǒng)數(shù)字仿真 203
4.5.3 Simulink的擴展工具——S函數(shù) 204
第5章 控制系統(tǒng)設(shè)計實踐 211
5.1 控制系統(tǒng)設(shè)計概論 212
5.1.1 引言 212
5.1.2 控制系統(tǒng)的類型及組成 213
5.1.3 控制系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟 215
5.1.4 控制系統(tǒng)的性能指標 216
5.1.5 控制系統(tǒng)典型部件 218
5.1.6 控制系統(tǒng)建模方法 220
5.1.7 基本控制作用 222
5.1.8 控制系統(tǒng)設(shè)計與工程實現(xiàn) 223
5.2 經(jīng)典控制系統(tǒng)——隨動控制系統(tǒng)設(shè)計 227
5.2.1 概述 227
5.2.2 隨動系統(tǒng)基本原理 227
5.2.3 典型位置隨動系統(tǒng)介紹 228
5.2.4 直流小功率位置隨動系統(tǒng)設(shè)計 230
5.3 電氣傳動系統(tǒng)——調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計 235
5.3.1 概述 235
5.3.2 調(diào)速系統(tǒng)的性能指標 236
5.3.3 直流調(diào)速系統(tǒng) 237
5.3.4 交流調(diào)速系統(tǒng) 241
5.3.5 調(diào)速系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)方面的若干問題 242
5.3.6 小功率直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計 243
5.4 不穩(wěn)定系統(tǒng)——磁懸浮球控制系統(tǒng)設(shè)計 244
5.4.1 概述 244
5.4.2 結(jié)構(gòu)原理 244
5.4.3 電磁鐵－小球系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型 245
5.4.4 磁懸浮球控制系統(tǒng)分析與設(shè)計 247
5.4.5 磁懸浮球控制系統(tǒng)設(shè)計實驗 248
5.5 運動控制系統(tǒng)——四軸運動控制演示平臺實驗研究 253
5.5.1 概述 253
5.5.2 四軸運動控制演示平臺 253
5.5.3 GT-400運動控制器 254
5.5.4 系統(tǒng)硬件連接 260
5.5.5 運動控制器編程 260
5.6 機電一體化——XY運動平臺控制系統(tǒng)設(shè)計 273
5.6.1 概述 273
5.6.2 XY運動平臺控制系統(tǒng)介紹 274
5.6.3 XY運動平臺控制系統(tǒng)設(shè)計 277
5.7 非線性系統(tǒng)——球桿控制系統(tǒng)設(shè)計 281
5.7.1 概述 281
5.7.2 球桿控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成與工作原理 281
5.7.3 球桿系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型 283
5.7.4 球桿控制系統(tǒng)設(shè)計 285
5.8 非線性自然不穩(wěn)定系統(tǒng)——倒立擺控制系統(tǒng)設(shè)計 287
5.8.1 概述 287
5.8.2 倒立擺控制系統(tǒng)的組成與工作原理 287
5.8.3 倒立擺系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 288
5.8.4 倒立擺系統(tǒng)的控制 291
5.8.5 倒立擺控制系統(tǒng)設(shè)計 294
5.9 冗余協(xié)調(diào)機器人——兩自由度冗余并聯(lián)機械臂控制系統(tǒng)設(shè)計 294
5.9.1 概述 294
5.9.2 冗余并聯(lián)機械臂系統(tǒng)構(gòu)成與原理 295
5.9.3 GPM并聯(lián)機構(gòu)運動學(xué) 296
5.9.4 GPM并聯(lián)機構(gòu)運動規(guī)劃與控制 298
5.9.5 實驗注意事項 299
5.10 復(fù)雜MIMO系統(tǒng)——雙旋翼控制系統(tǒng)設(shè)計 299
5.10.1 概述 299
5.10.2 雙旋翼系統(tǒng)的組成和工作原理 299
5.10.3 雙旋翼系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 300
5.10.4 雙旋翼系統(tǒng)的姿態(tài)控制 306
參考文獻 308

1. 自動控制——建模•分析•設(shè)計 [宮二玲 沈輝 編著]
2. 單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計安裝與調(diào)試 [主編 田浩鵬]
3. 控制器件（第二版） [鄒逢興 主編]
4. 計算機控制技術(shù) [劉福榮 主 編 ]
5. 計算機控制技術(shù) [主 編 劉福榮]
6. 自動控制原理（第五版）同步輔導(dǎo)及習題全解 [主編 孟浩 劉東星]
7. 計算機控制與仿真技術(shù) [楊立 主編]
8. 自動控制原理 [李明富 曾偉一 主編]
9. 自動控制原理 [林青云 主編]
10. 計算機控制及網(wǎng)絡(luò)技術(shù) [龍志強 等編著]
11. 計算機控制與仿真技術(shù)（第二版） [楊立 主編]
12. 建筑智能化技術(shù) [謝莉 等編著]