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目录 1

第1章 绪论 1

1.1　计算机控制系统概述 1

1.1.1 计算机控制系统的一般概念 1

1.1.2　计算机控制系统的组成 3

1.1.3　计算机控制系统的分类 5

1.1.4　计算机控制系统的特点 8

1.2　信号的采样与恢复 8

1.2.1　信号的采样过程 9

1.2.2　采样定理 10

1.2.3　信息的恢复过程和零阶保持器 13

1.3　计算机控制系统发展趋势 15

习题 16

第2章　Z变换及Z传递函数 18

2.1　Z变换定义与常用函数Z变换 18

2.1.1　Z变换的定义 18

2.1.2　常用信号的Z变换 20

2.2　Z变换的性质和定理 21

2.3　Z反变换 25

2.4 广义Z变换 27

2.5　线性定常离散系统的差分方程及其解 29

2.6 Z传递函数 30

2.6.1　Z传递函数的定义 31

2.6.2　Z传递函数与脉冲响应函数的关系 31

2.6.3　Z传递函数的求法 32

2.6.4　开环Z传递函数 33

2.6.5　闭环Z传递函数 35

2.6.6　Z传递函数的物理可实现性 37

2.6.7　在扰动作用下的线性离散系统 38

2.7　广义Z传递函数 39

习题 40

第3章　计算机控制系统的分析 42

3.1　离散系统的稳定性分析 42

3.1.1 S平面与Z平面的关系 42

3.1.2　离散系统输出响应的一般关系式 43

3.1.3　Routh稳定性准则在离散系统的应用 44

3.2　离散系统的过渡响应分析 46

3.3　离散系统的稳态准确度分析 49

3.4　离散系统的输出响应 51

3.4.1 离散系统在采样点间的响应 52

3.4.2　被控对象含延时的输出响应 53

3.4.3　离散最少拍系统 55

3.5　离散系统的根轨迹分析法 55

3.6　离散系统的频率分析法 58

习题 59

第4章　计算机控制系统的离散化设计 61

4.1 最少拍计算机控制系统的设计 61

4.1.1　最少拍系统设计的基本原则 62

4.1.2　阻尼因子法 67

4.1.3　任意广义对象的最少拍控制器设计 69

4.2　无波纹最少拍计算机控制系统设计 72

4.3　误差平方和最小系统的设计 77

4.4　在扰动作用下计算机控制系统的设计 80

4.4.1　针对扰动作用的设计 80

4.4.2　抑制扰动作用的设计 81

4.5　复合控制系统设计 83

4.6　数字控制器的根轨迹设计法 84

4.7.1　W变换 87

4.7　数字控制器的频域设计法 87

4.7.2　数字控制器的频率特性 88

4.7.3　W变换法的设计步骤 90

4.8　数字控制器的计算机程序实现 91

4.8.1　直接程序法 91

4.8.2　串行程序法 93

4.8.3　并行程序法 94

习题 96

5.1 概述 99

第5章 计算机控制系统的模拟化设计 99

5.2　模拟控制器的离散化方法 102

5.2.1　冲激不变法 103

5.2.2　加零阶保持器的Z变换法 104

5.2.3　差分变换法 104

5.2.4　双线性变换法 107

5.2.5　频率预畸变双线性变换法 109

5.2.6　零极点匹配法 110

5.3　数字PID控制 111

5.3.1 PID控制的基本形式及数字化 111

5.3.2　数字PID控制器的控制效果 113

5.3.3　数字PID控制算法 116

5.4　数字PID控制算法的改进 117

5.4.1 积分分离PID算法 117

5.4.2　不完全微分PID算法 118

5.4.3　微分先行PID算法 120

5.4.4 带死区PID算法 120

5.4.5　抗积分饱和PID算法 121

5.5　数字PID控制器的参数整定 122

5.5.1　试凑法 122

5.5.2　扩充临界比例度法 123

5.5.3　扩充响应曲线法 125

习题 125

第6章 离散系统状态空间分析 127

6.1　线性离散系统状态方程 127

6.1.1 由高阶差分方程求状态方程 127

6.1.2 由Z传递函数求状态方程 130

6.2　连续状态方程的离散化 136

6.3　计算机控制系统的闭环离散状态方程 141

6.4　离散系统的传递函数矩阵与特征值 144

6.5.1 递推法 146

6.5　离散状态方程的求解 146

6.5.2　Z变换法 149

6.6　线性离散系统的稳定性、可控性和可测性 150

6.6.1 线性离散系统的稳定性 151

6.6.2　线性离散系统的可控性 154

6.6.3　线性离散系统的可测性 155

6.6.4　可控性、可测性与传递函数矩阵的关系 156

习题 157

7.1　线性离散系统输出反馈设计 160

第7章　离散系统状态空间设计 160

7.1.1 在单位阶跃信号作用下单变量最少拍系统设计 161

7.1.2　在单位速度信号作用下单变量最少拍系统设计 167

7.1.3　在单位阶跃信号作用下多变量最少拍系统设计 169

7.2　线性离散系统状态反馈设计 174

7.2.1 设计单输入二阶系统的坐标变换法 174

7.2.2　n阶单输入系统的坐标变换法 178

7.2.3　设计单输入系统的递推法 183

7.2.4 多输入n阶系统的递推法 186

7.3.1 用状态反馈实现指定的极点配置 190

7.3　离散的极点配置与观测器 190

7.3.2　状态观测器 195

7.4　Liapunov最优状态反馈设计 202

7.5　最小能量控制系统设计 205

7.6　离散最优控制 208

7.6.1　离散极小值原理 208

7.6.2　离散动态规划法 211

习题 216

8.1.1 大林算法 219

8.1　纯滞后补偿控制系统 219

第8章 复杂控制规律系统设计 219

8.1.2　史密斯预估算法 227

8.1.3　纯滞后信号的产生 231

8.2 串级控制 233

8.3　前馈控制 237

8.3.1 基本原理及控制算法 237

8.3.2　前馈控制的应用场合 240

8.4　解耦控制 241

8.4.1　解耦控制原理 241

8.4.2　解耦控制器设计 243

8.5　模糊控制技术 244

8.5.1　模糊控制的数学基础 245

8.5.2　模糊控制原理 247

8.5.3　模糊控制器设计 250

习题 253

第9章　计算机控制系统设计与实现 254

9.1　计算机控制系统设计原则 254

9.2　计算机控制系统设计步骤 256

9.3.1 过程输入输出通道的组成与功能 263

9.3　计算机控制系统输入输出通道设计 263

9.3.2　过程输入输出通道的控制方式 264

9.3.3　输入通道 265

9.3.4　输出通道 268

9.4　计算机控制系统抗干扰技术 269

9.4.1　干扰的来源 270

9.4.2　干扰的抑制方法 271

9.5　计算机控制系统应用实例 276

习题 282

参考文献 283