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绪论1

第1章 自动控制的基本概念6

1.1 自动控制的基本方式6

1.1.1 自动控制与自动控制系统6

1.1.2 开环控制系统和闭环控制系统7

1.1.3 复合控制系统10

1.2 自动控制系统的组成和类型11

1.2.1 自动控制系统的组成11

1.2.2 自动控制系统的类型12

1.3 对自动控制系统的基本要求16

1.3.1 典型输入信号16

1.3.2 系统的暂态过程18

1.3.3 对控制系统的性能要求20

1.4 焊接自动控制概况21

1.4.1 焊接控制特点21

1.4.2 存在的主要问题22

1.4.3 主要发展方向23

思考题与习题26

第2章 自动控制的数学基础27

2.1 拉普拉斯变换的数学方法27

2.1.1 复数和复变函数27

2.1.2 拉氏变换与拉氏反变换29

2.1.3 典型时间函数的拉氏变换29

2.1.4 拉氏变换的基本性质33

2.1.5 拉氏变换的数学方法38

2.1.6 用拉氏变换解常微分方程42

2.2 线性系统的数学模型45

2.2.1 基本概念45

2.2.2 传递函数47

2.2.3 方块图及其变换58

2.2.4 焊接电弧的传递函数68

思考题与习题70

第3章 自动控制系统的性能分析73

3.1 系统的瞬态响应与误差分析73

3.1.1 时间响应73

3.1.2 一阶系统的时间响应75

3.1.3 二阶系统的时间响应78

3.1.4 高阶系统动态分析82

3.1.5 瞬态响应的性能指标84

3.1.6 系统误差分析88

3.2 系统的频率特性分析95

3.2.1 频率特性96

3.2.2 频率特性的对数坐标图99

3.2.3 频率特性的极坐标图108

3.2.4 最小相位系统的概念113

3.2.5 闭环频率特性与频域性能指标115

3.3 系统的稳定性分析119

3.3.1 稳定性119

3.3.2 劳斯-胡尔维茨稳定性判据122

3.3.3 奈奎斯特稳定性判据129

3.3.4 系统的相对稳定性136

思考题与习题138

第4章 焊接控制中的检测技术142

4.1 传感器概述142

4.1.1 基本概念142

4.1.2 传感器的主要特性145

4.2 常用传感器153

4.2.1 温度传感器153

4.2.2 应力传感器157

4.2.3 速度传感器160

4.2.4 位移传感器165

4.3 焊缝跟踪传感器169

4.3.1 接触式跟踪传感器170

4.3.2 电磁式跟踪传感器171

4.3.3 光电式跟踪传感器173

4.3.4 电弧跟踪传感器176

4.4 新型传感器179

4.4.1 固态图像传感器179

4.4.2 光纤传感器184

4.4.3 新型传感器的发展186

思考题与习题187

第5章 焊接控制中的伺服系统188

5.1 伺服系统的组成与分类188

5.1.1 伺服系统的结构组成188

5.1.2 伺服系统的分类189

5.2 步进式伺服系统191

5.2.1 步进电动机191

5.2.2 步进电动机的开环控制197

5.2.3 步进电动机的闭环控制201

5.3 直流伺服系统202

5.3.1 直流伺服电动机202

5.3.2 速度控制伺服系统208

5.3.3 位置控制伺服系统219

5.4 交流伺服系统221

5.4.1 交流伺服电动机221

5.4.2 交流伺服控制系统223

思考题与习题225

第6章 焊接自动控制系统227

6.1 弧焊电源的控制227

6.1.1 弧焊电源控制方法及特点227

6.1.2 弧焊电源控制的关键技术228

6.1.3 弧焊电源输出特性控制230

6.1.4 弧焊电源的数字化控制技术231

6.2 电弧焊的焊接过程控制233

6.2.1 CO2焊接过程过渡频率的适应控制233

6.2.2 焊缝熔透的适应控制235

6.2.3 焊接过程的速度及位置控制236

6.3 焊接电弧自动跟踪控制239

6.3.1 电弧焊自动跟踪控制原理239

6.3.2 摆动电弧双向跟踪系统240

6.3.3 高速旋转电弧跟踪系统241

6.4 典型焊接控制系统简介242

6.4.1 焊接转胎转速控制系统242

6.4.2 全位置管道自动焊接控制系统244

6.4.3 大型球罐自动焊接控制系统247

6.4.4 焊接机器人控制系统250

6.4.5 柔性焊接生产线259

思考题与习题261

第7章 自动控制系统的校正与设计262

7.1 控制系统的性能指标及校正方式262

7.1.1 系统的时域和频域性能要求262

7.1.2 系统的校正方式和校正器263

7.2 PID控制调节器265

7.2.1 P控制265

7.2.2 PD控制266

7.2.3 PI控制267

7.2.4 PID控制271

7.3 工程设计方法277

7.3.1 典型系统277

7.3.2 非典型系统280

7.4 反馈校正284

7.4.1 转速反馈284

7.4.2 转速微分反馈285

7.5 焊接电弧控制系统分析288

7.5.1 等速送丝焊接电弧控制系统288

7.5.2 均匀调节焊接电弧控制系统291

7.5.3 均匀调节和电弧自调共同作用的电弧控制系统293

思考题与习题294

第8章 数字PID和智能控制技术295

8.1 线性离散系统的数学描述295

8.1.1 差分方程296

8.1.2 用差分方程描述离散系统298

8.1.3 差分方程的解法299

8.1.4 线性离散系统的传递函数302

8.2 数字PID控制303

8.2.1 数字PID控制算法304

8.2.2 数字PID调节器的改进306

8.2.3 数字PID调节器的参数整定310

8.2.4 数字PID调节器的自寻最优控制312

8.3 智能控制技术简介315

8.3.1 模糊控制技术315

8.3.2 神经网络控制技术326

8.3.3 基于遗传算法的控制技术332

思考题与习题338

参考文献340