第1章 引论 1
1.1 计算机控制系统的基本概念 1
1.1.1 计算机控制系统 1
1.1.2 控制系统的分类 1
1.1.3 计算机控制系统的分类 7
1.1.4 计算机控制系统实现中的实际问题 11
1.2 计算机控制系统的研究内容和对系统的基本要求 15
1.2.1 计算机控制系统的研究内容 15
1.3 历史回顾 16
1.2.2 对计算机控制系统的基本要求 16
1.4 计算机集成制造系统 20
习题 21
第2章 连续控制系统 22
2.1 引言 22
2.1.1 单输入单输出控制系统 22
2.1.2 常用输入信号 23
2.2 拉普拉斯变换 28
2.2.1 拉普拉斯变换的定义 28
2.2.2 拉普拉斯变换定理 30
2.2.3 拉普拉斯反变换 36
2.2.4 用拉普拉斯变换法解线性常系数微分方程 45
2.3 物理系统的数学模型 46
2.3.1 线性元件的微分方程 47
2.3.2 随动系统的微分方程 51
2.4 传递函数和方框图 53
2.4.1 传递函数和微分方程 53
2.4.2 电子网络的传递函数 54
2.4.3 简单方框图的传递函数 55
2.4.4 方框图简化 59
2.5.1 信号流图定义 64
2.5 传递函数和信号流图 64
2.5.2 梅逊增益公式 65
2.6 控制系统的时域分析 69
2.6.1 冲击响应和阶跃响应 69
2.6.2 时域性能指标 70
2.6.3 一阶系统的动态响应 72
2.6.4 二阶系统的动态响应 74
2.6.5 高阶系统分析 83
2.6.6 稳态误差分析 85
2.6.7 用MATLAB绘制单位阶跃响应和冲击响应曲线 91
2.6.8 稳定性分析 94
2.7 根轨迹 101
2.7.1 根轨迹法 101
2.7.2 根轨迹图的绘制 103
2.7.3 用MATLAB绘制根轨迹图 106
2.8 频率响应的概念 111
2.8.1 频率响应法 112
2.8.2 频率特性的图形表示 114
2.8.3 典型环节的频率特性 116
2.8.4 频域性能指标 122
2.8.5 开环传递函数的频率特性 124
2.8.6 时域和频域响应之间的关系 132
2.8.7 用MATLAB进行频域分析 134
2.9 复合控制系统 141
2.9.1 对输入前馈补偿的复合控制系统 141
2.9.2 对扰动前馈补偿的复合控制系统 142
2.10 控制系统设计 143
2.10.1 校正装置的结构 143
2.10.2 校正装置的特性 144
2.10.3 根轨迹校正 151
2.10.4 频率校正 156
习题 164
第3章 离散时间系统 170
3.1 引言 170
3.2 差分方程 173
3.3 采样定理 174
3.3.1 采样过程及采样信号的频谱 174
3.3.2 香农采样定理 178
3.3.3 零阶保持器 178
3.4.1 z变换定义 181
3.4 z变换 181
3.4.2 z变换定理 182
3.4.3 z反变换 187
3.4.4 用z变换求解差分方程 190
3.5 离散系统的传递函数和方框图 191
3.5.1 离散传递函数与差分方程 191
3.5.2 开环Z传递函数 194
3.5.3 闭环Z传递函数 197
3.5.4 离散系统的稳态误差 205
3.6.1 离散系统的极点与零点 207
3.6 离散系统的极点、零点和稳定性 207
3.6.2 S平面到Z平面的映射 208
3.6.3 离散系统的稳定性 209
3.6.4 双线性变换 212
3.6.5 劳斯稳定性判据 213
3.6.6 朱利稳定性判据 215
3.7 离散系统的根轨迹 219
3.7.1 根轨迹图 219
3.7.2 Z平面上的等阻尼比线 221
3.8 离散系统的频率响应 222
3.8.1 对数频率特性 223
3.8.2 极坐标频率特性 224
3.8.3 用MATLAB绘制离散系统的频率特性曲线 226
习题 231
第4章 数字滤波器的基本原理与设计 233
4.1 引言 233
4.2 数字滤波器原理 233
4.3 模拟滤波器 235
4.3.1 巴特沃斯滤波器 236
4.3.3 ITAE和贝塞尔滤波器 238
4.3.2 二项式滤波器 238
4.3.4 其它类型的模拟滤波器 239
4.4 IIR数字滤波器的设计 240
4.4.1 冲击不变性方法 240
4.4.2 阶跃不变性方法 241
4.4.3 极零点匹配法 242
4.4.4 双线性变换法 243
习题 246
5.1.1 计算机控制系统连续化设计方法 247
5.1 引言 247
第5章 计算机控制系统设计 247
5.1.2 计算机控制系统离散化设计方法 251
5.2 有限拍控制 252
5.2.1 有限拍控制系统设计 252
5.2.2 有限拍无纹波控制系统 264
5.2.3 有限拍设计的改进 266
5.3 根轨迹法 269
5.4 双线性变换法 272
5.5 参数优化法 276
5.6 带纯滞后被控对象的控制系统设计 276
5.6.1 大林算法 277
5.6.2 史密斯预报器 282
习题 284
第6章 PID控制 286
6.1 引言 286
6.2 模拟和数字PID算法 289
6.2.1 模拟PID算法 289
6.2.2 数字PID算法 290
6.3.1 积分分离PID控制算法 293
6.3.2 不完全微分PID控制算法 293
6.3 数字PID的改进算法 293
6.3.3 带死区的PID控制算法 296
6.4 模拟和数字PID参数整定 297
6.4.1 模拟PID参数整定 297
6.4.2 数字PID参数整定 303
6.4.3 PID控制的自整定方法 305
6.5 模拟和数字PDF与PDFF算法 305
6.5.1 PDF算法 305
6.5.2 PDFF算法 306
6.5.3 PID，PDF和PDFF控制系统 309
6.6.1 用标准滤波器进行参数整定 313
6.6 PDF和PDFF参数整定 313
6.6.2 被控对象为单积分 314
6.6.3 被控对象为双积分 316
习题 317
第7章 可编程序控制器 318
7.1 引言 318
7.2 可编程序控制器的组成和工作原理 319
7.2.1 可编程序控制器的组成 319
7.3.1 可编程序控制器的编程语言 320
7.3 可编程序控制器的编程方式 320
7.2.2 可编程序控制器的工作原理 320
7.3.2 可编程序控制器的指令及编程方法 322
7.4 可编程序控制器通信与网络功能 333
7.4.1 可编程序控制器与计算机构成控制系统 333
7.4.2 可编程序控制器网络 333
7.4.3 制造自动化协议 334
习题 334
附录 部分习题参考答案 336
参考文献 341