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第1章 引言与连续控制系统回顾 1

1.1 引言 1

1.1.1 数字控制器的应用领域 1

1.1.2 数字控制系统的基本构成与特点 4

1.2 连续控制系统及其动态特性 5

1.2.1 微分方程 5

1.2.2 拉氏变换与传递函数 5

1.2.3 反馈控制的基本特性 6

1.2.4 反馈系统的稳定性分析 6

1.2.5 时间域设计指标 8

1.2.6 PID控制 9

1.3 根轨迹设计法 11

1.3.1 s域设计指标 11

1.3.2 根轨迹及其画图规则 12

1.3.3 基于根轨迹的控制器设计 13

1.4 频率响应设计法 14

1.4.1 频域设计指标 14

1.4.2 基于波特图的控制器设计 15

1.5 状态空间设计法 17

1.5.1 极点配置方法 17

1.5.2 状态观测器的设计 18

1.5.3 极点配置与观测器的组合：调节器的设计 19

1.5.4 参考输入与积分控制 20

1.6 本章小结 20

习题1 21

参考文献 23

第2章 离散时间系统分析 24

2.1 线性差分方程 24

2.1.1 数字化与差分方程 24

2.1.2 差分方程的求解 28

2.2 z变换与离散传递函数 30

2.2.1 z变换及其性质 30

2.2.2 z变换法求解差分方程 35

2.2.3 结构图描述与分析 37

2.2.4 离散传递函数 39

2.3 离散传递函数与脉冲响应的关系 40

2.4 BIBO稳定 42

2.5 本章小结 43

习题2 44

参考文献 47

第3章 采样数据系统 48

3.1 采样与保持 48

3.1.1 对采样数据的分析 48

3.1.2 采样信号的频谱 53

3.2 信号重构 57

3.2.1 数据外推技术 58

3.2.2 零阶保持对输出信号的影响 62

3.3 采样数据系统的结构图分析 63

3.4 离散模型 65

3.4.1 基于多项式的z变换的离散模型 66

3.4.2 基于状态空间表达的离散模型 71

3.5 本章小结 75

习题3 75

参考文献 78

第4章 基于传递函数的数字系统分析与数字控制器设计 79

4.1 s平面对z平面的映射 79

4.2 离散系统的稳定性 84

4.2.1 闭环系统的稳定性分析 84

4.2.2 绝对稳定性的检验方法 86

4.2.3 相对稳定性的检验方法 92

4.3 数字控制器的仿真设计 95

4.3.1 离散等价方法 95

4.3.2 仿真设计及对设计的评价 105

4.4 数字控制器的根轨迹直接设计 111

4.4.1 z域设计指标 111

4.4.2 数字控制器的根轨迹直接设计 115

4.5 数字控制器的频率响应直接设计 121

4.5.1 离散系统的频率响应及其特性 122

4.5.2 双线性变换与频域设计指标 123

4.5.3 数字控制器的波特图直接设计 124

4.6 数字控制器的解析设计 130

4.7 模拟PID控制器的数字化 134

4.7.1 数字PID控制的基本算法 135

4.7.2 数字PID控制器的参数整定 136

4.7.3 数字PID控制的改进算法 140

4.8 数字控制器的实现 141

4.8.1 直接程序实现法 142

4.8.2 串行程序实现法 143

4.8.3 并行程序实现法 144

4.8.4 嵌套程序实现法 145

4.8.5 采样周期的选择 145

4.9 本章小结 146

习题4 147

参考文献 152

第5章 基于极点配置与状态估计的数字控制器设计 153

5.1 离散时间系统的状态空间分析 153

5.1.1 离散时间系统的状态空间表达 153

5.1.2 离散时间状态空间系统的求解 154

5.1.3 脉冲传递函数矩阵 155

5.1.4 离散时间状态空间系统的稳定性 156

5.2 极点配置 156

5.2.1 能控性 157

5.2.2 能观性 158

5.2.3 采样周期与能控性和能观性 159

5.2.4 离散时间状态空间系统的极点配置 160

5.3 状态观测器设计 164

5.3.1 全阶观测器 165

5.3.2 降阶观测器 168

5.4 带状态观测器的极点配置 169

5.4.1 分离原理 169

5.4.2 控制器特性与系统特性 170

5.4.3 带状态观测器的离散系统极点配置 170

5.5 带参考输入的离散系统极点配置 179

5.6 本章小结 180

习题5 180

参考文献 181

附录A 拉普拉斯变换与z变换表 182

附录B 本书中用到的部分数学公式 184

附录C 本书中用到的部分MATLAB指令和部分Simulink模块 185

附录D 部分习题参考答案 191