计算机控制理论与应用 第2版PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1什么是计算机控制系统 1

1.2计算机控制的发展概况 2

1.3计算机控制理论 4

1.4计算机控制系统的分类 6

第2章 常规设计方法 8

2.1连续与离散传递函数的转换 8

2.1.1双线性变换法 8

2.1.2零极点匹配法 10

2.1.3冲击响应不变法 12

2.1.4零阶保持法 14

2.2性能指标 16

2.2.1稳态指标 16

2.2.2动态指标 19

2.2.3抗干扰性能 20

2.2.4对控制作用的限制 20

2.2.5参数变化的灵敏度 21

2.3基于连续系统的设计方法 21

2.3.1连续系统设计的离散等效 21

2.3.2离散PID控制器 25

2.3.3 w变换设计法 28

2.4直接离散化的设计方法 31

2.4.1根轨迹法 31

2.4.2参数寻优法 32

2.4.3解析设计法 33

2.4.4有限拍控制 42

2.4.5 Smith预报控制 45

第3章 基于状态空间模型的极点配置设计法 47

3.1连续控制对象模型的离散化 47

3.1.1不带延时的连续控制对象模型的离散化 47

3.1.2包含延时的连续控制对象模型的离散化 48

3.2矩阵指数及其积分的计算 52

3.2.1拉普拉斯反变换法 52

3.2.2凯莱-哈密尔顿法 53

3.2.3特征值和特征向量法 55

3.2.4直接级数求和法 55

3.3按极点配置设计控制规律 58

3.4按极点配置设计观测器 63

3.4.1预报观测器 64

3.4.2现时观测器 67

3.4.3降阶观测器 69

3.5控制器设计 72

3.5.1分离性原理 72

3.5.2控制器设计步骤 73

3.5.3设计举例 74

3.5.4引入积分控制 75

3.6跟踪系统设计 78

3.6.1调节系统与跟踪系统 78

3.6.2参考输入的引入方式 79

3.6.3闭环系统传递函数及零极点 80

3.6.4根据静态增益选择N 81

3.6.5一般控制器结构时M和N的选择 82

3.6.6设计举例 83

3.6.7积分控制的引入 86

第4章 基于传递函数模型的极点配置设计法 90

4.1设计问题 90

4.1.1设计问题描述 90

4.1.2干扰问题 92

4.1.3设计问题的求解 92

4.1.4零极点相消的考虑 93

4.2 Diophantine方程 95

4.2.1 Diophantine方程的一般解 95

4.2.2 Diophantine方程的求解算法 96

4.2.3 Diophantine方程的最小阶解 98

4.3设计方法 100

4.3.1设计参数的给定 100

4.3.2设计步骤 103

4.3.3设计举例 103

4.3.4设计方法的进一步解释 106

4.4设计中的其他实际问题 108

4.4.1模型误差的灵敏度 108

4.4.2控制量的幅度限制 110

4.4.3过程干扰和测量误差的影响 111

第5章 基于状态空间模型的最优化设计法 112

5.1离散系统的最优控制 112

5.1.1有限时间最优调节器问题 113

5.1.2无限时间最优调节器问题 115

5.1.3具有指定衰减速度的离散最优控制 117

5.1.4 PI调节器 119

5.2采样系统的最优控制 120

5.2.1问题的描述 121

5.2.2连续对象模型及性能函数的离散化算法 122

5.2.3最优控制规律的计算 126

5.2.4最优控制的存在性及系统的稳定性 127

5.3包含延时的采样系统的最优控制 128

5.3.1问题的描述 129

5.3.2延迟时间是采样周期整数倍（m=0）的情况 129

5.3.3延迟时间是采样周期非整数倍（m≠0）的情况 130

5.3.4最优控制存在性的讨论 133

5.3.5计算举例 133

5.4Riccati方程的求解及加权阵的选择 134

5.4.1离散Riccati方程的求解 134

5.4.2加权矩阵的选择 136

5.5状态最优估计 139

5.5.1离散系统 139

5.5.2采样系统 148

5.6控制器的设计 151

5.6.1分离性原理 151

5.6.2跟踪系统 153

5.6.3一些实际问题 154

5.7部分状态反馈的次最优控制 156

5.7.1问题的描述 156

5.7.2性能指标对控制器参数灵敏度的计算 157

5.7.3部分状态反馈的选择 164

5.7.4次最优控制器的计算 165

5.7.5计算举例 170

第6章 基于传递函数模型的最优化设计法 173

6.1设计问题 173

6.1.1对象及干扰模型 173

6.1.2性能指标及容许控制 176

6.2最小方差控制 177

6.2.1最优预报 177

6.2.2最小方差控制 179

6.2.3对象具有单位圆外零点时的最小方差控制 182

6.3广义最小方差控制 186

6.3.1广义最小方差控制的计算 187

6.3.2计算举例 188

6.3.3与极点配置设计法的比较 190

6.4跟踪系统设计 192

第7章 系统辨识与自适应控制 195

7.1最小二乘估计辨识系统模型 195

7.1.1最小二乘估计的批处理算法 195

7.1.2最小二乘估计的递推算法 199

7.1.3广义最小二乘估计算法 202

7.1.4最小二乘估计的辅助变量法 206

7.1.5最小二乘估计的增广矩阵法 207

7.2极大似然估计辨识系统模型 209

7.2.1概述 209

7.2.2最大似然估计的批处理算法 210

7.2.3最大似然估计的递推算法 213

7.3自适应控制 215

7.3.1概述 215

7.3.2最小方差自校正控制器 217

7.3.3极点配置自校正控制器 219

7.3.4自适应控制的应用 221

第8章 计算机控制系统仿真及性能计算 223

8.1离散系统的仿真 223

8.1.1面向系统的离散系统仿真 223

8.1.2面向环节的离散系统仿真 225

8.2采样控制系统仿真 228

8.2.1状态空间模型表示 228

8.2.2传递函数模型表示 231

8.2.3连续控制对象的仿真 232

8.2.4其余环节的仿真 232

8.2.5仿真计算举例 233

8.3随机采样控制系统的仿真 234

8.3.1问题的描述 234

8.3.2连续控制对象的仿真 235

8.3.3其余部分的仿真 236

8.3.4输入传递函数参数的仿真 237

8.4数字控制系统仿真 238

8.4.1问题的描述 238

8.4.2仿真方法 239

8.4.3仿真举例 243

8.5网络控制系统仿真 244

8.5.1问题的描述 245

8.5.2仿真方法 246

8.5.3仿真举例 248

8.6确定性系统中性能指标函数的计算 250

8.6.1问题的描述 250

8.6.2直接状态反馈时J的计算 251

8.6.3一般动态反馈时J的计算 251

8.7随机系统中性能指标函数的计算 254

8.7.1问题的描述 254

8.7.2连续状态方程和性能指标函数的离散化 254

8.7.3 Pv的计算 256

8.7.4直接状态反馈时J的计算 257

8.7.5动态反馈时J的计算 259

第9章 采样周期选择及量化效应 263

9.1采样周期选择的一般考虑原则 263

9.1.1考虑跟踪响应性能 263

9.1.2考虑抗干扰性能 264

9.1.3考虑开环特性 265

9.1.4考虑前置滤波器 265

9.1.5考虑设计方法 266

9.2考虑控制量幅度受限时采样周期和加权系数的选择 266

9.2.1问题的描述 266

9.2.2加权系数的选择 267

9.2.3采样周期的选择 273

9.2.4举例 275

9.3量化效应的线性分析 277

9.3.1量化误差来源及分析方法 277

9.3.2变量量化误差的确定性分析 279

9.3.3变量量化误差的随机分析 281

9.3.4参数量化误差分析 284

9.4量化效应的非线性分析 286

9.4.1量化的非线性效应举例 286

9.4.2量化效应的图解分析法 289

9.4.3量化效应的描述函数分析法 290

9.5量化效应与控制规律的实现方式及采样周期的关系 291

9.5.1控制规律的实现方式 291

9.5.2量化效应与控制规律实现方式之间的关系 295

9.5.3量化效应与采样周期的关系 296

第10章 数字控制器实现中的实际问题及设计举例 298

10.1数字控制器的输入和输出 298

10.1.1测量输入 298

10.1.2控制量输出 300

10.1.3计算延时 304

10.2数字控制器的操作和编程 305

10.2.1操作方面的问题 305

10.2.2控制算法编程 307

10.3设计举例一——飞机纵向运动的最优控制 312

10.3.1问题和设计方法的简单描述 312

10.3.2飞机纵向运动模型 313

10.3.3飞机速度和纵向航行角的控制 315

10.4设计举例二——精馏塔的次最优控制 320

10.4.1问题的描述 320

10.4.2全部状态反馈的PI控制器 322

10.4.3部分状态反馈的选择 325

10.4.4部分状态反馈的次最优控制 326

参考文献 329