本书系统地介绍了随动系统的组成和原理，并从工程设计和计算机辅助设计的角度出发，详细地介绍了随动系统的设计方法。内容包括：  随动系统的发展及应用，随动系统设计内容及总体设计要求等基本概念，随动系统各部分的组成、原理，随动系统的误差分析、性能分析、非线性分析、稳态设计、动态设计，最后给出了随动系统设计的应用案例。

本书注重系统构成的完整性和应用性，内容丰富，理论性和实用性强，既可作为高校武器发射工程专业、自动控制及自动化专业、机电专业的本科教材，也可作为有关专业和工程技术人员的参考书。

随动系统广泛应用于国防、制造业、船舶、航空及航天等领域，并在武器装备中发挥着重要作用。在防空领域，随动系统是防空武器系统的重要组成部分，其主要作用是解决武器系统对目标的瞄准跟踪问题，其性能好坏直接决定着武器装备的作战效能。随着控制技术的不断发展，防空武器的目标性能也在从低速向高速、从小机动向大机动的方向发展，这就要求武器系统能够适应战场环境的变化，不断提升瞄准系统的性能，从而推动随动系统向着数字化、大功率、高精度、快速的方向发展。

本书针对防空武器装备随动系统的发展以及结构特点，在深入研究多型防空导弹随动系统的基础上，结合作者多年从事地空导弹发射设备教学的经验，从原理、设计和应用的角度详细介绍了随动系统的概念、组成、工作原理、设计思路与方法等专业理论知识，内容丰富翔实，理论联系实际。

全书共11章。第1章介绍了随动系统的发展及应用、基本概念、设计内容及总体设计要求等基本内容； 第2章介绍了随动系统主要速度测量元件以及角位置测量元件； 第3章介绍了信号选择电路、信号转换电路、信号放大电路的组成以及工作原理； 第4章介绍了交磁电动机放大机、可控硅功率放大装置、脉冲宽度调制（PWM）功率放大器等随动系统功率放大装置的结构、工作原理以及应用； 第5章介绍了直流伺服电动机、交流伺服电动机、步进电动机等随动系统执行元件的结构、工作原理以及主要特性； 第6章介绍了随动系统的元件误差、动态误差和稳态误差分析以及数字随动系统的量化误差； 第7章介绍了随动系统的典型环节数字模型、随动系统性能指标以及性能指标与系统特性的关系； 第8章介绍了随动系统稳态设计中的控制方案选择、典型负载分析与折算、执行电动机的选择和传动装置的确定、测量元件的选择、选择级的设计以及放大装置的选择； 第9章介绍了随动系统动态设计中的基于相角裕量的设计方法、基于希望特性的设计方法以及数字控制器设计； 第10章介绍了非线性系统的特征以及干摩擦、机械结构谐振和传动间隙等随动系统的非线性分析； 第11章详细介绍了发射架模拟随动系统以及高精度位置数字随动系统设计的应用案例。

本书的成稿，得到了空军工程大学防空反导学院发射系统教研室领导和关心此书编著的同事们的支持和帮助，是教研室集体的心血和创作的成果，也是作者多年从事地空导弹发射设备教学工作的总结。

本书的出版得到了军队“2110工程”以及清华教材资助项目的资助，在此表示衷心感谢。在本书的编写过程中引用了许多专家学者的研究成果，对列入或未列入参考文献的专家学者在该领域所做出的贡献和无私奉献表示崇高的敬意，对能引用他们的成果感到十分荣幸并表示由衷的感谢。

限于编者的水平，错误和不妥之处在所难免，恳请广大读者批评指正。

编者

2020年3月于空军工程大学防空反导学院

第1章绪论

1.1随动系统的发展及应用

1.1.1控制系统的发展及应用

1.1.2随动系统的发展及应用

1.1.3随动系统的发展趋势

1.2随动系统的基本概念

1.2.1随动系统的定义

1.2.2随动系统的组成

1.2.3随动系统的分类和结构

1.3随动系统的总体性能要求及设计内容

1.3.1对随动系统的总体性能要求

1.3.2随动系统的设计内容

第2章随动系统测量元件

2.1概述

2.1.1随动系统测量元件的分类

2.1.2随动系统测量元件的性能指标

2.2速度测量元件

2.2.1测速发电动机

2.2.2测速电路

2.2.3光电测速器

2.3角位置测量元件

2.3.1电位计

2.3.2自整角机与旋转变压器

2.3.3数字轴角编码装置

第3章信号选择、转换与放大电路

3.1信号选择电路

3.1.1信号选择电路作用

3.1.2信号选择电路原理

3.2信号转换电路

3.2.1相敏整流电路

3.2.2振幅调制电路

3.3信号放大电路

3.3.1运算放大器构成的信号综合放大电路

3.3.2集成运算放大器与晶体管构成的两级放大电路

3.3.3晶体管构成的综合放大电路

第4章功率放大装置

4.1交磁电动机放大机

4.1.1组成与工作原理

4.1.2优缺点

4.1.3应用

4.2可控硅功率放大装置

4.2.1基本结构

4.2.2工作原理

4.2.3伏安特性

4.2.4主要参数

4.2.5应用

4.3脉冲宽度调制(PWM)功率放大器

4.3.1T型双极模式PWM功率放大器工作原理

4.3.2H型双极模式PWM功率放大器

4.3.3双极模式PWM功率放大器工作特性分析

4.3.4H型PWM功率放大器驱动的他励直流电动机电路

第5章随动系统执行电动机

5.1随动系统执行电动机的特征与分类

5.1.1直流伺服电动机的特征及分类

5.1.2交流伺服电动机的特征及分类

5.1.3两相异步电动机

5.1.4三相异步电动机

5.1.5步进电动机

5.1.6力矩电动机

5.1.7无刷直流电动机

5.2直流伺服电动机

5.2.1大惯量宽调速直流伺服电动机

5.2.2小惯量直流伺服电动机

5.3交流伺服电动机

5.3.1交流伺服电动机的基本结构

5.3.2无刷直流电动机

5.3.3正弦永磁同步电动机

5.3.4交流伺服电动机的主要技术参数

5.4步进电动机

5.4.1步进电动机的结构

5.4.2工作原理

5.4.3步进电动机的主要特性

第6章随动系统的误差分析

6.1随动系统的测量元件误差

6.1.1自整角机(旋转变压器)测量元件的误差

6.1.2随动系统中提高测量元件测量精度方法

6.2数字随动系统的量化误差

6.2.1模拟信号采样过程的量化误差分析

6.2.2系统量化误差及其对系统性能的影响

6.2.3乘法运算结果的量化误差分析

6.2.4两种常用量化过程的误差分析

6.2.5输出量化噪声误差

6.3随动系统的动态误差分析

6.3.1输入信号的分析

6.3.2随动系统的原理误差

6.3.3动态误差系数和动态误差分析

6.4随动系统的稳态误差分析

6.4.1连续随动系统的稳态误差

6.4.2数字随动系统的稳态误差

6.4.3减小或消除原理稳态误差的措施

6.5随动系统的误差分配

第7章随动系统性能分析

7.1随动系统典型环节的数学模型

7.2随动系统性能指标

7.2.1随动系统动态性能指标

7.2.2随动系统的稳定性

7.2.3随动系统的稳态性能指标

7.2.4随动系统跟踪性能指标要求

7.3系统性能指标与系统特性的关系

7.3.1系统特性与稳态精度的关系

7.3.2系统特性与动态性能指标的关系

第8章随动系统的稳态设计

8.1常用的随动系统控制方案

8.2随动系统典型负载分析与折算

8.2.1典型负载分析

8.2.2负载的折算

8.3随动系统执行电动机的选择和传动装置的确定

8.3.1单轴传动的电动机选择

8.3.2一般高速执行电动机的选择

8.3.3减速器的形式和传动比的分配

8.4随动系统测量元件的选择

8.4.1对测量元件的技术要求和选择

8.4.2速度测量元件的选择

8.4.3测角元件的选择

8.5选择级的设计

8.5.1i为奇数时选择级的电路设计

8.5.2i为偶数时选择级的电路设计

8.6随动系统放大装置的选择

8.6.1放大装置性能要求

8.6.2放大装置的选择

8.6.3PWM功率放大器的设计

第9章随动系统的动态设计

9.1基于相角裕量的设计方法

9.1.1串联超前校正装置的设计

9.1.2滞后校正装置设计

9.1.3滞后超前校正装置设计

9.2基于希望特性的设计方法

9.2.1希望特性的绘制

9.2.2校正装置设计

9.3数字控制器设计

9.3.1数字控制器的间接设计法

9.3.2数字控制器的直接设计法

9.3.3数字PID控制器设计

第10章随动系统非线性分析

10.1非线性随动系统的概述

10.1.1非线性系统的特性

10.1.2非线性系统常用工程方法

10.2随动系统的干摩擦非线性分析

10.2.1干摩擦造成系统低速不平滑

10.2.2减小低速跳动的措施

10.3随动系统的机械结构谐振非线性分析

10.3.1传动轴弹性变形造成的机械谐振

10.3.2消除或补偿机械谐振影响的措施

10.4对随动系统传动间隙的非线性分析

10.4.1传动间隙对系统性能的影响

10.4.2消除或补偿传动间隙对系统的影响

第11章随动系统设计应用举例

11.1发射架模拟随动系统设计

11.1.1原始发射架随动系统

11.1.2串联微分校正网络

11.1.3负反馈校正网络

11.1.4正反馈校正网络

11.1.5校正后系统分析计算

11.2高精度位置数字随动系统设计

11.2.1高精度位置数字随动系统数学模型

11.2.2数字控制算法

参考文献

本书以随动系统原理和设计方法为主线，主要介绍随动系统的组成原理、设计方法和设计过程。本书融合了作者多年的教学经验和装备领域的成果，内容详实、体系完整，图文并荗，注重理论与实际结合，在随动系统设计和应用中增加了Matlab应用程序，特别适用于高校机电类专业、电气工程及其自动化、工业自动化等专业的本科教学使用，也可作为高校相关专业师生、工程技术人员的参考书。

王洁，军事装备学博士，教授，先后在西安工业大学、北京理工大学、空军工程大学获得学士、硕士、博士学位，博士生导师、空军高层次人才，军队教书育人“银奖”获得者，兵器发射理论与技术学科带头人，近五年来讲授本科《随动系统设计》、《控制系统仿真》、《数字伺服系统》、《导弹发射设备原理》等主干课程，《最优控制》、《现代仿真技术》、《现代伺服控制技术》、《智能优化方法》等研究生课程。指导博士研究生9名、硕士研究生6名。主持和参加科研项目11项，获军队科技进步二等奖1项、三等奖3项。主编和参编教材6部，发表学术论文50多篇，被SCI/EI收录13篇。

刘少伟，军事装备学博士，副教授，获军队科技进步一等奖1项，军队科技进步二等奖1项，军队科技进步三等奖3项，国防工业出版社出版教材1部。

时建明，工学博士，讲师，参加并完成“十一五”、“十二五”两期863项目研究工作，主持并完成航空科学基金1项、学院科研创新资助基金1项，发表学术论文15余篇，获军队科技进步二等奖1项。