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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19

1.3.3 对控制系统的性能要求20

1.4　材料成型自动控制概况21

1.4.1　焊接控制特点21

1.4.2　存在的主要问题23

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30

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39

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71

第3章　材料成型控制中的检测技术74

3.1　传感器概述74

3.1.1　基本概念74

3.1.2　传感器的主要特性77

3.2　常用传感器85

3.2.1　温度传感器85

3.2.2　应力传感器90

3.2.3　速度传感器93

3.2.4　位移传感器98

3.3　焊缝跟踪传感器102

3.3.1　接触式跟踪传感器102

3.3.2 电磁式跟踪传感器103

3.3.3　光电式跟踪传感器106

3.3.4　电弧跟踪传感器109

3.4　新型传感器112

3.4.1 固态图像传感器112

3.4.2　光纤传感器116

3.4.3　新型传感器的发展119

思考题与习题120

第4章　材料成型控制中的伺服系统121

4.1　伺服系统的组成与分类121

4.1.1　伺服系统的结构组成121

4.1.2　伺服系统的分类122

4.2　步进式伺服系统124

4.2.1 步进电动机124

4.2.2 步进电动机的开环控制130

4.2.3　步进电动机的闭环控制134

4.3　直流伺服系统135

4.3.1 直流伺服电动机135

4.3.2　速度控制伺服系统141

4.3.3　位置控制伺服系统152

4.4　交流伺服系统154

4.4.1 交流伺服电动机154

4.4.2 交流伺服控制系统156

思考题与习题158

第5章　材料成型中的焊接控制系统160

5.1　弧焊电源的控制160

5.1.1 弧焊电源控制方法及特点160

5.1.2　弧焊电源控制的关键技术161

5.1.3 弧焊电源输出特性控制163

5.1.4　弧焊电源的数字化控制技术164

5.2 电弧焊的焊接过程控制166

5.2.1 CO2焊接过程过渡频率的适应控制166

5.2.2 焊缝熔透的适应控制168

5.2.3　焊接过程的速度及位置控制169

5.3　焊接电弧自动跟踪控制172

5.3.1 电弧焊自动跟踪控制原理172

5.3.2　摆动电弧双向跟踪系统173

5.3.3 高速旋转电弧跟踪系统174

5.4　典型焊接控制系统简介175

5.4.1 焊接转胎转速控制系统175

5.4.2　全位置管道自动焊接控制系统177

5.4.3 大型球罐自动焊接控制系统180

5.4.4　焊接机器人控制系统183

5.4.5　柔性焊接生产线192

思考题与习题194

第6章 自动控制系统的性能分析195

6.1　系统的瞬态响应与误差分析195

6.1.1 时间响应195

6.1.2　一阶系统的时间响应197

6.1.3　二阶系统的时间响应200

6.1.4 高阶系统动态分析204

6.1.5 瞬态响应的性能指标206

6.1.6 系统误差分析210

6.2　系统的频率特性分析218

6.2.1 频率特性218

6.2.2　频率特性的对数坐标图221

6.2.3　频率特性的极坐标图231

6.2.4　最小相位系统的概念236

6.2.5 闭环频率特性与频域性能指标238

6.3　系统的稳定性分析242

6.3.1　稳定性242

6.3.2 劳斯-胡尔维茨稳定性判据245

6.3.3　奈奎斯特稳定性判据252

6.3.4 系统的相对稳定性259

思考题与习题261

第7章 自动控制系统的校正与设计265

7.1　控制系统的性能指标及校正方式265

7.1.1 系统的时域和频域性能要求265

7.1.2 系统的校正方式和校正器266

7.2　PID控制调节器268

7.2.1　P控制268

7.2.2　PD控制269

7.2.3　PI控制270

7.2.4　PID控制274

7.3　工程设计方法280

7.3.1 典型系统280

7.3.2 非典型系统283

7.4　反馈校正287

7.4.1　转速反馈287

7.4.2　转速微分反馈288

7.5　焊接电弧控制系统分析291

7.5.1 等速送丝焊接电弧控制系统291

7.5.2 均匀调节焊接电弧控制系统294

7.5.3 均匀调节和电弧自调共同作用的电弧控制系统296

思考题与习题297

第8章　数字PID和智能控制技术298

8.1　线性离散系统的数学描述298

8.1.1 差分方程299

8.1.2 用差分方程描述离散系统301

8.1.3　差分方程的解法302

8.1.4 线性离散系统的传递函数305

8.2　数字PID控制306

8.2.1 数字PID控制算法307

8.2.2 数字PID调节器的改进309

8.2.3　数字PID调节器的参数整定313

8.2.4 数字PID调节器的自寻最优控制315

8.3　智能控制技术简介318

8.3.1　模糊控制技术318

8.3.2　神经网络控制技术329

8.3.3　基于遗传算法的控制技术335

思考题与习题342

参考文献343