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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

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