控制工程工作坊教程

　　《控制工程工作坊教程》为教育部职教师资培养资源开发项目的建设成果，是为职教师资电子信息科学与技术专业“控制工程基础”课程编写的一本工作坊教程。工作坊教程与传统的教材不同，它由大量的学习活动组成，引导学生通过“做中学”的方式完成学习任务。此外，本教程不是按照抽象的学科体系来编写的，而是围绕电机调速系统和车速控制系统的设计过程，按照建模、分析、设计和仿真等实际工作过程来组织学习内容。本教程通过工作坊的形式将抽象的控制理论与具体的工程设计问题紧密结合，在注重核心概念的理解和工作能力培养的同时，有效地化解了传统的学科型教材知识体系烦琐、数学内容高深等所导致的教师难教、学生难学的困难。本教程以培养学生掌握控制系统分析和设计的基础知识和基本技能为主要目标，涵盖了经典控制理论中建立传递函数模型、分析典型系统特性、采用根轨迹法和频率特性法进行系统校正等核心内容。为了便于教学，本教程分为25个专题（每个专题可用2学时来完成），每个专题由若干个学习活动组成，其目标是完成一个较完整的工作任务。每个专题的开始部分为教学目标和教学内容的概述，结束部分为专题小结和测验。为了便于学习，本教程配套有单独的习题集，并提供仿真报告模板等学习资源。《控制工程工作坊教程》适合作为职教师资本科电子、电气、机电等专业的特色教材，也可作为普通应用型本科相关专业的教材或教学参考书。

暂缺《控制工程工作坊教程》作者简介

单元U1 自动控制的类型
专题1 顺序控制技术概述
学习活动1．1 顺序控制流程图
学习活动1．2 顺序控制器的设计方法
学习活动1．3 电梯选层控制器的设计
专题2 电梯选层控制系统的PSIM仿真
学习活动2．1 电路仿真软件PSIM使用入门
学习活动2．2 电梯运动仿真模型的建立
学习活动2．3 电梯选层控制系统的电路仿真
专题3 反馈控制技术概述
学习活动3．1 控制系统方框
学习活动3．2 开环控制系统的结构
学习活动3．3 闭环控制系统的结构
学习活动3．4 反馈控制环路的设计
专题4 电梯速度控制系统的：PSIM仿真
学习活动4．1 基本运算环节的：PSIM仿真模型
学习活动4．2 电梯闭环速度控制系统的仿真
单元U2 反馈控制系统的数学模型
专题5 动态系统的微分方程模型
学习活动5．1 动态系统数学模型的特点
学习活动5．2 建立动态系统的微分方程模型
学习活动5．3 线性微分方程的拉普拉斯变换
学习活动5．4 利用拉普拉斯逆变换求解微分方程
专题6 控制系统的传递函数方框图模型
学习活动6．1 线性定常系统的传递函数模型
学习活动6．2 控制系统的传递函数方框图模型
学习活动6．3 控制系统方框图的化简
学习活动6．4 多输入情况下闭环系统的总输出
专题7 系统仿真软件MATLAB
学习活动7．1 MATLAB的基本功能和使用方法
学习活动7．2 利用m脚本进行系统仿真
学习活动7．3 利用Simulink进行系统仿真
专题8 电梯速度控制系统的MATLAB仿真
学习活动8．1 利用m脚本建立系统的仿真模型
学习活动8．2 利用m脚本绘制系统的响应曲线
学习活动8．3 不同参数下动态响应曲线的比较
单元U3 一阶反馈控制系统设计
专题9 直流电机调速系统的结构
学习活动9．1 直流电机调速系统的电气结构
学习活动9．2 广义被控对象的PSIM仿真模型
学习活动9．3 广义被控对象的传递函数方框图
专题10 直流电机开环调速系统设计
学习活动10．1 直流电机开环调速系统的结构
学习活动10．2 直流电机开环调速系统的PSIM仿真
学习活动10．3 开环调速系统的动态性能
学习活动10．4 开环调速系统的稳态性能
专题11 直流电机闭环调速系统设计
学习活动11．1 直流电机闭环调速系统的结构
学习活动11．2 直流电机闭环调速系统的PSIM仿真
学习活动11．3 直流电机闭环调速系统的动态性能
学习活动11．4 直流电机闭环调速系统的稳态性能
专题12 一阶控制系统综合分析与设计
学习活动12．1 反馈控制系统的设计步骤
学习活动12．2 开环控制系统与闭环控制系统的比较
学习活动12．3 车速控制系统的结构
学习活动12．4 车速控制系统中广义被控对象的仿真模型
单元U4 二阶反馈控制系统设计
专题13 典型二阶系统的参数表达式
学习活动13．1 采用积分控制器的闭环调速系统
学习活动13．2 采用积分控制器的闭环调速系统的：PSIM仿真
学习活动13．3 质点弹簧一阻尼系统的仿真分析
专题14 二阶系统动态特性的仿真研究
学习活动14．1 典型二阶系统的MATLAB仿真
学习活动14．2 二阶系统动态性能与特征参数的关系
学习活动14．3 通过动态响应辨识系统的传递函数
学习活动14．4 采用积分型控制器的直流电机调速系统设计
专题15 二阶系统动态特性的理论分析
学习活动15．1 一阶系统极点分布与动态响应的关系
学习活动15．2 二阶系统阶跃响应的理论分析
学习活动15．3 二阶系统极点分布与动态响应的关系
专题16 二阶控制系统综合分析与设计
学习活动16．1 典型二阶系统的基本特性
学习活动16．2 二阶反馈控制系统的设计方法
学习活动16．3 闭环调速系统中积分控制器的工作过程
学习活动16．4 积分控制和比例控制的比较
单元U5 控制系统时域分析和设计
专题17 复杂系统的简化分析方法
学习活动17．1 采用比例一积分控制器的闭环调速系统
学习活动17．2 高阶系统的主导极点
学习活动17．3 高阶系统中被忽略的极点对系统的影响
学习活动17．4 零点对系统的影响
学习活动17．5 直流电机调速系统的简化分析
专题18 控制系统校正的根轨迹法
学习活动18．1 根轨迹的概念和绘制方法
学习活动18．2 用MATLAB绘制一阶系统的根轨迹
学习活动18．3 用MATLAB绘制二阶系统的根轨迹
学习活动18．4 根轨迹的特点和应用
专题19 利用根轨迹法设计PI控制器
学习活动19．1 采用PI控制器时闭环调速系统的根轨迹
学习活动19．2 利用根轨迹法初步确定PI控制器参数
学习活动19．3 调速系统的时域仿真和控制参数调整
学习活动19．4 PI控制器设计总结
专题20 反馈控制系统的时域分析总结
学习活动20．1 反馈控制系统的设计方法
学习活动20．2 控制系统的稳态误差分析
学习活动20．3 控制系统的稳定性分析
单元U6 控制系统频域分析和设计
专题21 线性系统的频率响应和频率特性
学习活动21．1 线性系统的测试信号
学习活动21．2 线性系统频率响应的特点
学习活动21．3 频率特性函数
学习活动21．4 频率特性的几何表示
专题22 频率特性的伯德图
学习活动22．1 频率特性的对数坐标图
学习活动22．2 频率特性伯德图的绘制方法
学习活动22．3 频率特性中基本因子项的伯德图
学习活动22．4 绘制伯德图的叠加法则
学习活动22．5 根据伯德图渐近线推算系统传递函数
专题23 频域性能指标及频域稳定性分析
学习活动23．1 控制系统的频域性能指标
学习活动23．2 开环伯德图与闭环系统稳定性的关系
学习活动23．3 奈奎斯特稳定判据
学习活动23．4 控制系统的相对稳定性分析
专题24 利用频率特性设计反馈控制系统
学习活动24．1 开环频率特性与闭环系统时域指标的关系
学习活动24．2 反馈控制系统的频域设计方法
学习活动24．3 利用积分控制器校正电机速度控制系统
学习活动24．4 利用频域法设计积分控制器的一般步骤
专题25 利用频域法设计比例一积分控制器
学习活动25．1 采用比例一积分控制器进行系统校正的基本思路
学习活动25．2 对调速系统的开环频率特性进行初步校正
学习活动25．3 调速系统的时域仿真和控制参数调整
学习活动25．4 利用频域法设计比例-积分控制器的一般步骤
参考文献
附录
附录1 控制系统分析的基础知识
附录2 控制系统的传递函数模型
附录3 重要术语解释
附录4 PSIM仿真模型中用到的元件
附录5 MATLAB仿真脚本中用到的指令
附录6 知识卡索引
附录7 贯穿课程的设计实例索引
附录8 重要主题比较表