自动控制元件及线路（第5版）/普通高等教育“十一五”国家级规划教材 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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梅晓榕，柏桂珍，张卯瑞 著

图书标签:

• 自动控制
• 电子技术
• 电路分析
• 电气工程
• 传感器
• 执行器
• 控制系统
• 模拟电路
• 高等教育
• 教材

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030382672

版次：5

商品编码：12223116

包装：平装

丛书名： 普通高等教育"十一五"国家级规划教材

开本：16开

出版时间：2013-08-01

用纸：胶版纸

页数：302

字数：483000

正文语种：中文

内容简介

　　《自动控制元件及线路（第5版）/普通高等教育“十一五”国家级规划教材》从原理、结构和特性等方面介绍自动控制系统常用的执行元件、传感元件和功率放大元件。包括直流电机、异步电动机、步进电动机、小功率同步电动机、无刷直流电动机与交流伺服电动机、直线电动机与超声波电动机、旋转变压器与感应同步器、测速发电机、编码器、阻容感传感器、热电式传感器、线性功率放大器、脉宽调制型（PWM）放大器和晶闸管变流器、液压元件、航天器中的姿态传感器、微传感器与微执行器。
　　《自动控制元件及线路（第5版）/普通高等教育“十一五”国家级规划教材》既讲元件又讲线路，既讲原理又讲应用，既讲静特性又讲动特性，既注意科学性又避免深奥的数学推导。
　　《自动控制元件及线路（第5版）/普通高等教育“十一五”国家级规划教材》可作为高等学校自动化、探测制导与控制、机械设计制造及其自动化，飞行器设计与工程、飞行器制造工程等专业的教材，也可供科研人员、工程技术人员和高级技工参考。

内页插图

目录

前言

绪论
0．1 控制元件的作用和分类
0．2 本书的主要内容
0．3 电磁学的基本概念与定律
0．4 运动控制系统的执行元件
习题

第一篇 电动机及其控制
第1章 直流电动机及其控制
1．1 直流电机及其基本结构
1．2 电机中的磁性材料
1．3 直流电机工作原理
1．4 电机磁场、电枢反应与换向
1．5 直流电动机的特性与控制方法
1．6 直流伺服电动机
1．7 直流力矩电动机
1．8 有限转角直流力矩电动机
1．9 直流电动机的选择
1．10 例题
习题
第2章 变压器
2．1 变压器的用途和结构
2．2 变压器的理论基础
2．3 等值电路和副边的折算值
习题
第3章 异步电动机及其控制
3．1 异步电动机的结构特点和工作原理
3．2 交流绕组磁场的分析
3．3 异步电动机的主要特性
3．4 三相异步电动机
3．5 两相电动机
3．6 单相异步电动机
3．7 单相串励电动机
3．8 电动机应用实例
习题
第4章 小功率同步电动机
4．1 同步电动机的构造和分类
4．2 永磁式同步电动机
4．3 磁阻同步电动机
4．4 磁滞同步电动机
4．5 电磁减速式同步电动机
习题
第5章 步进电动机及其控制
5．1 概述
5．2 磁阻式步进电动机的工作原理
5．3 磁阻式步进电动机的静态特性
5．4 磁阻式步进电动机的运行特性
5．5 永磁式和混合式步进电动机
5．6 步进电动机的驱动器
5．7 步进电动机的选择
习题
第6章 无刷直流电动机与交流伺服电动机
6．1 无刷直流电动机的结构
6．2 位置传感器
6．3 无刷直流电动机的工作原理
6．4 交流伺服电动机
6．5 无位置传感器的无刷直流电动机
6．6 无刷直流电动机的应用
6．7 开关磁阻电动机
习题
第7章 直线电动机与超声波电动机
7．1 直线直流电动机
7．2 直线感应电动机
7．3 直线步进电动机
7．4 超声波电动机
习题

第二篇 测量元件
第8章 测量元件概述
8．1 测量元件的组成、作用和分类
8．2 测量元件的特性
习题
第9章 旋转变压器与感应同步器
9．1 旋转变压器
9．2 多极旋转变压器
9．3 感应同步器
习题
第10章 测速元件及测速方法
10．1 直流测速发电机
10．2 异步测速发电机
10．3 由位移传感器的脉冲信号求转速
习题
第11章 编 码器与光栅
11．1 编 码器
11．2 光栅
习题
第12章 阻容感传感器
12．1 电阻式传感器
12．2 电感式传感器
12．3 电容式传感器
习题
第13章 热电式传感器
13．1 热电偶
13．2 热电阻
13．3 热敏电阻
13．4 晶体管、集成电路型温度传感器
习题

第三篇 功率放大元件
第14章 功率放大器概述
14．1 电力电子器件简述
14．2 功率放大器的类型和要求
14．3 线性功率放大器
习题
第15章 脉宽调制型（PWM）放大器和晶闸管变流器
15．1 概述
15．2 电力电子器件的特性
15．3 电阻和电感负载电路的开关过程
15．4 PWM放大器输出级的工作原理
15．5 PWM放大器的特性
15．6 PWM放大器的几个问题
15．7 脉宽调制器的典型电路
15．8 PWM电路的电源及泵升电压
15．9 正弦波脉宽调制（SPWM）电路原理
15．10 晶闸管变流器
习题

第四篇 其他元件
第16章 液压元件
16．1 概述
16．2 叶片式液压马达
16．3 轴向柱塞式液压马达
16．4 径向柱塞式液压马达
16．5 电液伺服阀
16．6 阀控液压马达的特性与传递函数
习题
第17章 航天器中的姿态传感器
17．1 陀螺传感器
17．2 太阳敏感器
17．3 地球敏感器
17．4 星敏感器
习题
第18章 微传感器与微执行器
18．1 微机电元件的应用
18．2 微机电器件的加工技术与工艺
18．3 微传感器
18．4 微执行器
习题

参考文献

前言/序言

　　本书是高等院校“自动控制元件”课程的教材。全书分为电动机及其控制、测量元件、功率放大元件和其他元件共四篇，从原理、结构、特性和选择等方面讲述自动控制系统（特别是机械伺服系统）常用的电机、传感器、功率放大器和液压元件。内容包括直流电机、异步电动机、步进电动机、小功率同步电动机、无刷直流电动机与交流伺服电机、直线电机与超声波电动机、旋转变压器与感应同步器、测速发电机、编码器、阻容感传感器、热电式传感器、线性功率放大器、脉宽调制型（PWM）功率放大器和晶闸管变流器、液压元件、航天器中的姿态传感器、微传感器与微执行器。
　　本书在编写时充分注意和考虑到中国自动化学会等部门对“自动控制元件”课程的要求，参考了近几年新出版的相关教材，紧密结合近几年控制系统的科研和技术工作的实际及新的教学大纲。在内容上既包括元件又包括线路，既包括经典的控制电机又反映近几年发展和流行的元件与线路；既讲原理又讲应用，既讲静特性又讲动特性；既注意科学性、严密性，又避免深奥的数学论证；既强调物理概念，又提供实用的计算公式和电子线路。本书可作为高等学校自动化、机械工程及自动化、飞行器设计与工程等专业的教材，又可供科研人员、工程技术人员和高级技工参考。
　　本书第一版由梅晓榕、兰朴森、柏桂珍编著，姚纪文教授主审，1993年由哈尔滨工业大学出版社出版，一直被哈尔滨工业大学等多所高等学校采用，曾获黑龙江省优秀教材二等奖。第四版被评为普通高等教育“十一五”国家级规划教材。第五版被列入哈尔滨工业大学“十二五”规划教材。第五版增加了一些习题，按现行的电气图形国标修改了有关的图形，对第5章和第6章做了较多的修改，对第15章和第17章做了重新编写和补充。其中第15章增加了晶闸管变流器一节，第17章增加了太阳敏感器等内容。
　　第五版由梅晓榕、柏桂珍、张卯瑞编著，梅晓榕教授任主编。参加编写工作的还有马广程、何朕、王述一等。
　　编写中参考了很多优秀的教材与著作。在此向参考文献中的各位作者表示真诚的谢意。
　　书中不当之处敬请读者批评指正。

探索机械世界的“神经系统”：揭秘自动控制元件与线路的奥秘 在这日新月异的工业时代，我们周围的许多设备和系统都变得越来越智能，能够独立完成复杂的任务，这背后离不开一个核心的科学技术——自动控制。从工厂生产线上精准运行的机器人，到家庭中智能调节温度的空调，再到交通系统中安全高效的信号灯，自动控制技术的身影无处不在。那么，这些“聪明的”机器和系统是如何工作的？它们又是依靠什么来实现精确的指令和响应的呢？ 本书将带您深入探索自动控制领域的核心——自动控制元件及线路。它就像是揭示机械世界“神经系统”工作原理的一本详尽指南，深入浅出地剖析那些构成自动控制系统“血肉”的各种关键组成部分，以及它们如何协同工作，构建起一套高效、可靠的控制网络。 一、 驱动世界的“感知器”：感受与测量 任何自动控制系统的第一步都是“感知”外部环境的变化。这就如同人类拥有眼睛、耳朵、皮肤等感官，能够接收来自外界的信息。在自动控制的世界里，这些“感知器”被称作传感器。 本书将系统地介绍各种不同类型的传感器，它们各自的工作原理、性能特点以及在实际应用中的优势与局限。 位置传感器：它们能够测量物体的线性或角位移。例如，在工业机器人手臂的关节处，精密的电位计或编码器能够实时反馈关节的角度，确保机械臂能够准确地到达预设的位置。书中会详细讲解这些传感器的结构，如电阻式、电容式、电感式以及光电编码器的工作机制，并分析它们的精度、分辨率和响应速度等关键指标。 速度与加速度传感器：这些传感器用于测量物体的运动状态。在车辆的防抱死刹车系统（ABS）中，速度传感器监测车轮的转速，一旦检测到车轮即将抱死，便会立即调整制动压力，防止车辆失控。本书将深入探讨测速电机、多普勒雷达式速度传感器以及加速度计（如压电式、MEMS式）的工作原理，理解它们如何将物理运动转化为可测量的电信号。 力与压力传感器：在许多生产过程中，对力或压力的精确控制至关重要。例如，在注塑成型过程中，对模具内压力的监测和控制可以保证产品的质量。我们将学习应变片式力传感器、压阻式压力传感器等，理解它们如何利用材料的形变或电学特性的改变来测量力或压力。 温度传感器：温度是影响许多物理过程和化学反应的关键因素。从锅炉的恒温控制到化学反应器的温度监测，温度传感器的作用不可忽视。本书会介绍热电偶、热敏电阻（PTC、NTC）、铂电阻温度计（RTD）以及红外测温仪等，并分析它们在不同温度范围内的适用性。 流量传感器：在流体输送系统中，精确测量流体的流量是保证工艺流程正常运行的基础。例如，在供水系统中，流量传感器可以监测用水量，并在异常时发出警报。我们将认识涡轮流量计、电磁流量计、超声波流量计等，了解它们的测量原理和应用场景。 其他专用传感器：此外，本书还会触及如液位传感器、气体传感器、光电传感器、接近传感器等，它们在各自的领域扮演着不可或缺的角色。 通过对这些传感器的深入学习，读者将能够理解自动控制系统是如何“看”、“听”、“触”和“闻”世界的，为后续的控制策略奠定坚实的基础。 二、 数据的“大脑”：信号处理与转换 传感器输出的原始信号通常是模拟信号，而现代的电子控制系统大多基于数字信号处理。因此，对传感器信号进行有效的处理、放大、滤波以及模拟-数字转换（ADC）和数字-模拟转换（DAC）是实现精确控制的关键步骤。 本书将详细阐述信号处理的各个环节： 信号放大与调理：由于传感器输出的信号可能非常微弱，需要通过放大器进行放大，并进行必要的信号调理，例如消除噪声、偏置等，使其能够被后续电路有效处理。我们将学习运算放大器的基本原理和应用，了解如何设计滤波器来去除干扰信号。 模数转换（ADC）：将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号，是实现数字化控制的基础。本书将介绍不同类型的ADC，如逐次逼近型、Σ-Δ型等，并分析它们的转换速度、分辨率和精度。 数模转换（DAC）：将计算机输出的数字信号转换为模拟信号，用于驱动执行机构。我们将探讨不同类型的DAC，以及它们在控制系统中的作用。 信号滤波：在实际应用中，传感器信号往往会受到各种噪声的干扰。滤波技术能够有效地去除这些噪声，提高信号的质量。本书将介绍低通、高通、带通和带阻滤波器等，并讲解它们在信号处理中的应用。 这一部分的内容将帮助读者理解，自动控制系统是如何将原始的物理量信息转化为计算机能够理解和处理的数字语言。 三、 指挥“执行者”：驱动与执行 感知和处理了信息之后，自动控制系统需要将控制指令转化为实际的物理动作。这就需要执行机构来完成。执行机构是将电信号转化为机械运动、热量、光等物理量的“手臂”和“腿脚”。 本书将全面介绍各类执行机构： 电动机：作为最常用的执行机构之一，电动机能够将电能转化为机械能，驱动各种设备。我们将深入研究直流电机、交流电机（包括异步电机、同步电机）以及步进电机、伺服电机等。重点将放在它们的驱动方式、速度控制、位置控制以及在不同应用场景下的选择。 液压和气动元件：在需要大功率和高精度的场合，液压和气动系统是不可或缺的。本书将介绍各种液压泵、油缸、气泵、气缸、阀门（如电磁阀、比例阀）等，并分析它们的特点和应用。例如，在重型机械或精密机床上，液压和气动执行器能够提供强大的动力和精确的控制。 继电器和接触器：在电力系统中，继电器和接触器是用于实现电路的通断控制，从而控制大功率设备。我们将学习它们的结构、工作原理以及在电路中的接线方式。 电磁铁和电磁阀：电磁铁通过电磁力实现机械运动，常用于阀门的开关或机构的吸合/释放。电磁阀则是控制流体方向和流量的关键执行元件。 加热器和制冷器：在温度控制系统中，加热元件（如电加热管）和制冷元件（如半导体制冷片）是实现温度调节的直接执行部件。 通过对这些执行机构的学习，读者将理解自动控制系统是如何将抽象的控制信号转化为能够改变现实世界状态的物理动作。 四、 构建“智能网络”：控制电路与系统 上述的传感器、信号处理电路和执行机构，最终需要通过精心设计的控制电路和控制系统连接起来，才能形成一个完整的自动控制系统。 本书将系统地讲解控制电路的设计与构成： 基本逻辑电路：理解AND、OR、NOT、NAND、NOR等基本逻辑门电路的工作原理，是构建复杂数字控制系统的基础。 时序逻辑电路：如触发器、计数器、移位寄存器等，它们能够存储信息并按照时间顺序进行操作，是实现复杂控制功能的重要组成部分。 PLC（可编程逻辑控制器）：作为现代工业自动化中应用最广泛的控制设备，PLC能够通过编程实现复杂的逻辑控制、顺序控制和数据处理。本书将介绍PLC的基本结构、指令系统以及在实际项目中的应用。 单片机和嵌入式系统：在许多中小型控制应用中，单片机和嵌入式系统提供了灵活且成本效益高的解决方案。我们将了解单片机的基本架构、外围接口以及如何进行程序开发。 反馈控制回路：这是自动控制的核心。本书将深入讲解开环控制和闭环控制的区别，重点介绍闭环控制系统中传感器、控制器和执行器之间的反馈机制，以及如何通过反馈来稳定和优化系统的性能。 PID控制器：比例-积分-微分（PID）控制器是应用最广泛的反馈控制算法。本书将详细解析PID控制的原理，包括比例（P）、积分（I）和微分（D）项的作用，以及如何调整参数以获得最佳的控制效果。 传感器与执行器的接口电路：讲解如何将传感器信号正确地输入到控制器，以及如何将控制器的输出信号驱动执行机构。 五、 实践与应用：理论与实际的桥梁 本书不仅仅停留在理论层面，更强调实际应用。通过大量的工程实例和图示，读者能够直观地理解各种元件和线路是如何在现实世界的自动化系统中发挥作用的。 典型工业控制系统：例如，我们将分析工厂生产线上物料输送系统的控制，锅炉的温度和压力控制系统，以及机器人手臂的运动控制系统。 日常生活中的自动控制：探讨家电中的智能控制，如洗衣机的程序控制，冰箱的温度调节等，让读者感受到自动控制技术与生活的紧密联系。 故障排除与维护：学习如何分析和诊断控制系统中的常见故障，以及基本的维护方法，提升实际操作能力。 结语： 《自动控制元件及线路》不仅是一本技术手册，更是一扇通往理解现代工业和社会智能化进程的窗口。通过掌握本书内容，您将能够深刻理解那些驱动现代世界运行的“幕后英雄”，为从事相关领域的工作打下坚实的基础，或者仅仅是满足您对科技发展的好奇心。无论您是学生、工程师还是科技爱好者，本书都将为您提供宝贵的知识和启迪，助您在自动控制的广阔领域中不断探索与前进。

评分☆☆☆☆☆

作为一名即将毕业的学生，我一直在寻找一本能够真正帮助我理解并掌握自动控制核心技术的书籍。在比较了市面上多家出版社的教材后，我选择了这本《自动控制元件及线路（第5版）》。事实证明，我的选择是明智的。这本书的特色在于其严谨的学术性和高度的实用性达到了完美的平衡。它在讲解理论知识的同时，也深入探讨了实际工程应用中的各种挑战和解决方案。我尤其喜欢它对不同控制策略的比较分析，例如，在处理系统响应速度和稳定性之间的权衡时，它会给出多种优化方案，并分析其适用条件。书中提供的图表和仿真示例，也为我提供了一个直观的学习平台，让我能够通过动手实践来加深理解。这本书不仅让我掌握了知识，更重要的是培养了我独立分析和解决问题的能力，这对于我未来的职业发展至关重要。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我一开始是冲着“国家级规划教材”这几个字来的，毕竟名头响亮，质量应该有保证。拿到书后，翻了翻，确实内容很扎实，知识体系也很完整。它不像一些教材那样只讲理论，而是很注重理论与实践的结合，这一点我非常赞赏。书里有很多实际工程中的例子，比如电梯的控制、温控系统的设计等等，这些都让我觉得所学知识非常有价值，也更具象化了。让我印象深刻的是，它在讲解一些比较复杂的控制算法时，并没有一味地堆砌公式，而是用了很多通俗易懂的比喻和类比，这样一来，那些原本令人头疼的数学推导也变得容易理解多了。我特别是想提一下关于故障诊断和安全冗余设计的部分，这对于实际应用来说至关重要，书中给出的方法和原则非常系统，为我今后的工作打下了坚实的基础。总的来说，这本书的编排很合理，内容也很充实，绝对是一本值得细细品读的教材。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直是控制理论初学者的福音！我之前对自动控制一直云里雾里，感觉像是走进了迷宫，但自从翻开这本《自动控制元件及线路》，我才真正找到了北。它的讲解方式非常清晰，层层递进，从最基础的元件特性讲到复杂的线路设计，循序渐进，一点都不会让人觉得突兀。特别是那些图示，简直是神来之笔，把抽象的概念具象化了，我看着那些原理图，感觉自己就像亲手在搭建一个控制系统一样。书中的案例分析也特别实用，涵盖了工业生产中常见的各种控制场景，让我能立刻将学到的理论知识应用到实际问题中去。我尤其喜欢它对一些关键概念的深入剖析，比如PID控制器的参数整定，虽然看似简单，但书中给出了多种方法和思路，让我能根据不同的应用场景选择最合适的方案。而且，它的语言风格也很平易近人，没有太多生僻的术语，即使是跨专业学习的同学也能轻松理解。我用了大概一周的时间，就对自动控制有了初步的认识，并且能独立分析一些简单的控制系统了，这在以前是完全不敢想象的。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，我是一名资深的控制工程师，接触过不少同类书籍。这本《自动控制元件及线路》给我的感觉是，它不落俗套，有自己的独到之处。它在基础知识的梳理上做得非常出色，但更让我惊喜的是，它对一些前沿技术和发展趋势也有所涉猎，虽然篇幅不多，但足以让人窥见未来的发展方向。我特别欣赏它对系统辨识和模型建立的阐述，这部分内容对于复杂系统的分析和设计至关重要。书中对于模糊控制、神经网络控制等高级控制方法的介绍，虽然篇幅有限，但点出了核心思想，让我对这些领域产生了浓厚的兴趣，并促使我进一步深入学习。总的来说，这本书既有厚度，又有广度，既适合初学者打牢基础，也能够为有经验的工程师提供新的视角和启发，是一本难得的好书。

评分☆☆☆☆☆

这本书在我手中，更像是一本“实战手册”。我本身是做自动化设备维护的，平时工作中经常会遇到各种各样的控制问题，但很多时候都只是知其然不知其所以然。读了《自动控制元件及线路》之后，我才恍然大悟，很多困扰我多年的技术难题瞬间迎刃而解。它对各种控制元件的工作原理和性能指标的介绍，详尽到近乎苛刻，让我对那些“幕后英雄”有了前所未有的了解。比如，对于同一个功能，它会列举出几种不同的实现方式，并分析它们的优缺点，这对我进行设备选型和技术改造提供了极大的帮助。而且，它对电路图的解析也非常到位，不仅讲解了线路的连接方式，更重要的是阐述了每一条线路的作用和信号的流动路径，这让我能够迅速定位故障点，大大缩短了维修时间。书中的一些经验性总结，更是让我在实际操作中少走了很多弯路。