本书是根据全国高等学校测控技术与仪器教学指导委员会制订的“控制技术与系统” 教学 大纲编写的，是测控技术与仪器专业的一门专业课教材。主要内容有执行元件、控制技术的 基本原理及使用方法、顺序控制系统与过程控制系统的理论分析与工程设计、控制系统的仿 真技术和控制系统的设计方法与应用实例。 修订后的新书能更好地反映出控制技术与系统目前发展的先进水平，其特色不仅是取材适当 、深入浅出、层次分明，强调了基本原理和分析方法，而且重点突出，概念清晰， 理论联系实际，重视解决工程应用问题。 本书除作为测控技术与仪器专业的教材外，也可供电子信息类专业、机械与电 子类专业师生及有关工程技术人员学习和参考。

第2版前言 本书是普通高等教育“十五”国家级规划教材，是在2003年7月己出版的基础上、经 过两届学生的使用后，按照教材要科学定位、理论深度适当、突出实践应用，能体现出教材 的科学性、权威性、先进性和实用性原则下进行修订的。主要是精减了一些过深的理论，增 加 了较多的应用实例。除第一章绪论外，第二章执行元件中对常用低压电器增加了典型的控 制图和应用实例，对执行元件增加了超声电动机等先进的新部件及其控 制电路，使其完整和实用；第三章控制技术中简化了模拟PID控制技术的部分内容，加强 了数字PID控制和模糊控制，并增加了典型模糊控制的应用实例，对原来的“人工神经网络 控制基础”这一节改写为“其他控制技术简介”，内容包括人工神经网络技术和自适应控制 技术等，使其内容完整，深度适当，突出实践应用；第四章顺序控制中精减了数控系统， 加强了可编程序控制器（PLC），增加了PLC的应用实例，使其内容重点突出，实践性强；对 第 五章过程控制系统做了较大的精减，重点介绍单回路控制系统，简单介绍复杂控制系统，在 集散 控制系统中主要介绍组态软件和现场总线——CAN BUS，使其更适合测控技术与仪器专业的 需要；第六章控制系统的仿真技术中增加了一个SIMULINK控制仿真的实例，以利于学生更 好地掌握控制系统的仿真方法；第七章控制系统的设计方法与实例中增加了一个直流电动 机双环调速控制系统的设计实例，并给出了MATLAB仿真结果，使学生能较全面地掌握控制系 统的设计方法和过程。修订后的教材能更好地反映出控制技术与系统目前发展的先进水平 ，其特色不仅是取材适当、深入浅出、层次分明，强调了基本原理和分析方法，而且是重点 突出，概念清晰，理论联系实际，重视解决工程应用问题。学生在学习本教材后不仅能掌握 控制技术与系统的基本原理和使用方法，而且对测控系统可获得大系统的全面知识和小系统 的实际设计能力，增强了学生的就业竞争能力。 教材的修订工作是在主编黄惟一和胡生清的主持下进行的，其中第二章由金施群完成， 第三章由张辉完成，第四章由杨学友完成，第五章由王江完成（受刘宝坤委托），第六章由 宋爱国完成，第七章由吴涓完成。教材的修订工作得到东南大学教务处的支持和关心， 在此表示衷心的感谢！ 由于编者的业务水平有限，教材中难免有不妥和错误之处，恳请广大读者和使 用本教材的师生不吝指正。 编者 2005年11月 第1版前言 本书是根据全国高等学校仪器仪表类教学指导委员会制订的“控制技术与系统”编写大纲编 写的，是测控技术与仪器专业的一门专业课教材。 本书的编写取材适当、概念清晰、深入浅出、层次分明。全书共分七章，第一章绪论介绍控 制系统的基本概念、发展概况、分类与控制方法和性能指标等；第二章执行元件介绍控制系 统常用的低压电器、执行电动机和阀等；第三章控制技术介绍模拟控制技术、数字控制技术 和模糊控制与人工神经网络控制基础等；第四章顺序控制系统主要介绍数控系统(CNC)和可 编程控制器(PLC)等；第五章过程控制系统主要介绍过程控制对象的动态特性、单回路控制 系统、复杂控制系统、集散控制系统和现场总线简介等；第六章控制系统的仿真技术主要介 绍控制系统的模拟仿真、数字仿真和仿真环境简介等；第七章控制系统的设计方法与实例主 要介绍控制系统的设计思想、设计的技术指标、设计的一般方法和设计实例等。 本书编写的特色是强调基本原理和分析方法，突出重点，注重理论联系实际，在内容上能反 映出控制技术与系统目前发展的先进水平。学生在学习本教材后不仅能掌握控制技术与系统 的基本原理及使用方法，而且对控制系统还具有一定的工程设计能力。 本书由东南大学黄惟一和合肥工业大学胡生清主编。第一章由黄惟一编写，第二章由合肥工 业大学金施群编写，第三章由合肥工业大学张辉编写，第四章由天津大学杨学友编写，第五 章由天津大学刘宝坤编写，第六章和第七章由东南大学宋爱国编写。全书由南京航空航天大 学 于盛林教授主审。2001年10月在南京召开了本教材的审稿会，与会代表提出了宝贵意见。此 外，在本书编写的过程中参阅了不少有关著作。在此对主审、参加审稿会的代表和参阅著作 的作者表示诚挚的谢意! 由于编者的业务水平有限，书中定有不妥和错误之处，恳请广大读者和使用本书的师生不吝 指正。 编者 2002年2月

第2版前言

第1版前言


第一章绪论1

第一节控制系统的基本概念1

一、什么是自动控制系统1

二、控制系统的基本方式3

第二节控制系统的发展概况5

第三节控制系统的分类与控制方法5

一、控制系统的基本类型5

二、控制系统的控制方法6

第四节控制系统的性能指标9

一、对控制系统的要求9

二、性能指标9

第二章执行元件12

第一节常用低压电器12

一、接触器12

二、继电器17

三、固态继电器18

四、接近开关19

第二节执行电动机20

一、伺服电动机21

二、超声波电动机37

三、步进电动机41

第三节阀54

一、电动调节阀54

二、电磁阀55

思考题与习题57

第三章控制技术58

第一节模拟控制技术58

一、常用控制规律概述58

二、PID控制规律对系统过程控制的
影响63

三、控制器的选用原则72

第二节数字控制技术72

一、模拟控制器的离散化72

二、连续PID控制器微分方程的离散化74

三、改进的PID算法75

四、其他常用控制算法79

第三节模糊控制技术84

一、模糊控制的数学基础85

二、模糊控制原理90

三、模糊控制器设计96

四、设计实例：食用菌环境因子监测
控制仪101



第四节其他控制技术简介108

一、神经网络控制技术简介108

二、自适应控制技术简介113

三、专家智能控制系统简介117

思考题与习题120

第四章顺序控制122

第一节概述122

一、顺序控制系统的组成122

二、基本逻辑运算123

三、顺序控制系统的实现124

四、顺序控制系统在工业生产过程控

制及家电产品中的应用124

第二节可编程序控制器（PCL）125

一、概述125

二、可编程序控制器的结构原理128

第三节PLC的基本指令及程序设
计132

一、S7200系列PLC的内部资源132

二、PLC的程序设计140

思考题与习题147

第五章过程控制系统148

第一节概述148

一、过程控制148

二、过程控制系统的组成148

三、过程控制系统的分类149

第二节过程控制对象的动态特性150

一、过程控制对象的动态描述150

二、时域法辨识对象的动态特性153

第三节单回路控制系统155

一、概述155

二、单回路控制系统设计157

三、控制器的参数整定162

第四节复杂控制系统165

一、串级控制系统165

二、前馈控制系统168

三、选择性控制系统171

第五节集散控制系统（DCS）173

一、概述173

二、集散系统的过程控制级176

三、集散系统的控制管理级177

四、集散系统的生产管理级与经营管
理级177

第六节现场总线简介178

一、概述178

二、现场总线控制系统179

三、通信模型180

四、几种典型的现场总线181

思考题与习题184

第六章控制系统的仿真技术186

第一节概述186

一、控制系统仿真技术的概念和分类186

二、控制系统仿真技术的一般过程
和步骤187

三、控制系统仿真技术中的相似理论187

第二节控制系统的模拟仿真189

一、电子模拟计算机189


二、控制系统的模拟仿真图191

三、上机模拟运算仿真步骤193

第三节控制系统的数字仿真193

一、数值积分方法194


二、连续系统模型的离散化处理方法198


三、仿真模型误差和稳定性问题201


四、仿真算法的选择和比较202

第四节控制系统仿真环境简介203

一、概述203

二、MATLAB语言与SIMULINK仿真环境
简介204

思考题与习题207


第七章控制系统的设计方法与实例208

第一节控制系统的设计思想208

一、设计思想208

二、设计方法210

第二节控制系统设计的技术指标211

一、技术指标211

二、控制系统技术指标的转换213

第三节经典理论设计控制系统的一
般方法214



一、控制系统的特性设计214

二、校正方式215

三、串联校正的基本方法215

第四节控制系统的设计实例216

一、模拟转台的航向伺服系统设计216

二、太阳跟踪器设计225

三、直流电动机双闭环调速系统设计及
仿真228



思考题与习题234

主编黄惟一胡生清 参编金施群张辉杨学友 王江宋爱国吴涓