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第一章 自动控制系统的基本概念 1

§1-1 自动控制和自动控制系统 1

一、自动控制 1

二、开环控制系统 1

三、闭环控制系统 2

§1-2　自动控制系统的分类与组成 4

一、自动控制系统的分类 4

二、自动控制系统的组成 4

习题 5

§2-1　引言 7

第二章　传感器与执行元件 7

§2-2　常用传感器举例 8

一、运动和力的传感器 8

二、流体传感器 11

三、温度传感器 15

§2-3　执行电机举例 17

一、直流电动机 17

二、交流伺服电动机 17

三、直流力矩电动机 18

四、步进电动机 19

习题 21

§3-1 引言 22

第三章　控制系统的数学模型 22

§3-2　控制系统数学模型的建立 23

§3-3　传递函数 29

一、拉普拉斯变换 29

二、传递函数定义 32

三、控制系统的典型环节及其传递函数 32

§3-4　方块图 35

一、方块图 35

二、方块图的性质 35

三、方块图的变换和简化 36

一、机械平移系统 38

§3-5　系统的相似与模拟 38

二、RLC电路系统 39

三、系统的相似与模拟 40

习题 40

第四章　控制系统的分析方法 43

§4-1 引言 43

§4-2　系统的时域分析 46

§4-2-1　一阶系统 46

一、一阶系统的数学模型 47

二、一阶系统的单位阶跃响应 47

三、一阶系统的单位斜坡响应 47

§4-2-2　二阶系统 48

一、二阶系统的数学模型 48

四、一阶系统的单位脉冲响应 48

二、二阶系统的单位阶跃响应 49

三、二阶系统暂态性能指标计算 51

四、二阶系统的单位斜坡响应 55

五、二阶系统的单位脉冲响应 55

§4-2-3　高阶系统的暂态响应与系统的稳定性 56

一、高阶系统的暂态响应 56

二、系统的稳定性与稳定条件 57

＊§4-2-4　稳态误差 58

一、稳态误差 58

三、高阶系统的近似分析 58

二、给定输入的稳态误差 59

三、扰动输入的稳态误差 61

§4-3　频率响应法 62

§4-3-1　频率特性 62

一、频率特性 62

二、频率特性的图示方法 64

三、典型环节的频率特性 67

四、系统开环伯德图的绘制 70

§4-3-2　奈奎斯特稳定判据 71

一、奈奎斯特（对数频率）稳定判据 72

二、相位裕量和增益裕量 72

一、闭环频率特性 74

＊§4-3-3　频域性能指标分析 74

二、频域性能指标 75

§4-4　控制系统的校正 76

一、串联校正和并联校正 77

二、PID控制规律 77

三、校正装置 81

＊§4-5　系统品质的计算机分析 84

一、用数字计算机分析系统的稳定性 84

二、用数字计算机分析系统的时域性能指标 86

习题 86

一、状态与状态变量 89

二、状态方程 89

§5-1　状态变量与状态方程 89

第五章　现代控制理论简介 89

三、状态方程的矩阵表示 90

四、状态变量的非唯一性和状态变换 91

§5-2　状态空间分析法 92

§5-2-1　状态方程的建立 93

一、由原始运动方程列写状态方程 93

＊二、由高阶微分方程列写状态方程 94

＊§5-2-2　状态方程的求解 100

一、齐次状态方程的解 100

二、非齐次状态方程的解 104

一、能控性 107

＊§5-3　线性系统的能控性和能观性 107

二、能观性 109

§5-4　最优控制介绍 111

§5-4-1　基本概念 111

§5-4-2　最优控制问题的数学表示 114

＊§5-4-3　最优控制举例 115

一、应用极大值原理求解最优控制问题 115

二、应用动态规划法求解最优控制问题 117

习题 119

§6-1　离散系统的基本概念 121

一、采样过程及离散信号的数学描述 121

第六章　计算机控制的理论基础 121

二、信号复现及零阶保持器的数学描述 122

三、A/D与D/A的数学描述 123

四、采样定理 124

§6-2　Z交换 124

一、Z变换的定义 124

二、Z变换的求法 125

三、Z变换的基本定理 128

四、Z反变换 130

§6-3　离散系统的数学描述 133

一、差分方程 133

二、脉冲传递函数 135

三、闭环脉冲传递函数 139

习题 141

第七章　计算机滤波与控制算法 143

§7-1　开环数值控制算法 143

一、数值控制基本原理 143

二、逐点比较法 144

§7-2　数字PID控制算法 149

一、数字PID算式 150

二、PID参数的整定 151

三、串级控制 153

四、前馈控制 154

一、冲激不变法 157

§7-3　数字滤波器算法 157

二、双线性变换法 161

§7-4　直接数字设计方法 162

一、参数最优化的低阶控制算法 163

二、最少拍系统设计 165

三、达林Dahlim算法 168

＊§7-5　预测控制算法 170

一、模型算法控制 170

二、外推数字预测算法 173

习题 177

一、计算机控制系统的典型应用方式 178

§8-1　计算机控制系统的组成 178

第八章　计算机控制系统 178

二、实时、在线概念 180

三、计算机实时控制系统的一般组成 181

§8-2　计算机控制系统的基本要求和结构特点 183

一、基本要求 183

二、硬件结构特点 184

三、软件设计特点 185

§8-3　计算机控制系统的设计 186

§8-3-1　微机控制系统设计的一般步骤 186

一、系统总线负载的考虑 189

§8-3-2　硬件接口设计 189

二、输入输出通道设计 191

＊三、过程通道的抗干扰措施 198

§8-3-3　控制系统应用程序设计 201

一、什么是好的程序 201

二、结构程序设计 202

＊三、控制程序的结构举例 203

§8-3-4　系统的调试与运行 207

一、硬件调试 208

二、软件调试 208

三、系统模拟 209

一、问题的提出 210

＊§8-4　计算机控制系统的研制工具 210

四、系统的运行与维护 210

二、开发系统的组成与功能 211

三、开发系统举例 212

习题 214

第九章　计算机控制系统应用举例 215

＊§9-1　线切割机的微机控制系统 215

一、线切割机的微机控制系统组成原理 215

二、微机控制台 215

§9-2　数据采集系统 218

一、64路数据采集系统 218

二、数字滤波和标度变换 224

三、显示和打印数据的处理 228

§9-3　微机过程控制系统 230

一、合成氨工艺分析与控制方案 230

二、合成氨微机控制系统的组成 233

三、PID调节软件 238

四、问题讨论 242

＊§9-4　智能仪器、工业机器人、智能机器人简介 244

一、智能仪器 244

二、从工业机器人到智能机器人 246

实验指导 249

附录 259

参考文献 280