第一章 概述 1
第一节 控制系统的实验方法 1
一、解析法 1
二、实验法 1
三、仿真实验法 2
第二节 仿真实验的分类与性能比较 2
一、按模型分类 3
二、按计算机类型分类 4
第三节 系统、模型与数字仿真 6
一、系统的组成与分类 6
二、模型的建立及其重要性 7
三、数字仿真的基本内容 8
第四节 控制系统CAD与数字仿真软件 9
一、CAD技术的一般概念 9
二、控制系统CAD的主要内容 10
三、数字仿真软件 10
第五节 仿真技术的应用与发展 16
一、仿真技术在工程中的应用 16
二、应用仿真技术的重要意义 17
三、仿真技术的发展趋势 18
第六节 问题与探究——虚拟现实与仿真技术 18
一、虚拟现实技术 18
二、虚拟现实仿真技术 22
三、基于虚拟样机的球棒控制系统仿真 25
小结 27
习题 27
第二章 控制系统的数学描述 30
第一节 控制系统的数学模型 30
一、控制系统数学模型的表示形式 30
二、数学模型的转换 32
三、线性时不变系统的对象数据类型描述 34
四、控制系统建模的基本方法 35
第二节 控制系统建模实例 39
一、独轮自行车实物仿真问题 39
二、龙门起重机运动控制问题 42
三、水箱液位控制问题 46
四、燃煤热水锅炉控制问题 49
五、三相电压型PWM整流器系统控制问题 51
六、磁悬浮轴承运动控制问题 56
第三节 实现问题 61
一、单变量系统的可控标准型实现 61
二、控制系统的数字仿真实现 63
第四节 常微分方程数值解法 63
一、数值求解的基本概念 64
二、数值积分法 65
三、关于数值积分法的几点讨论 69
第五节 数值算法中的“病态”问题 72
一、“病态”常微分方程 72
二、控制系统仿真中的“病态”问题 74
三、“病态”系统的仿真方法 75
第六节 数字仿真中的“代数环”问题 76
一、问题的提出 76
二、“代数环”产生的条件 77
三、消除“代数环”的方法 78
第七节 问题与探究——电力电子器件建模问题 81
一、问题提出 81
二、建模机理 81
三、问题探究 84
小结 85
习题 86
第三章 控制系统数字仿真的实现 88
第一节 控制系统的结构及其拓扑描述 88
一、控制系统常见的典型结构形式 88
二、控制系统的典型环节描述 89
三、控制系统的连接矩阵 90
第二节 面向系统结构图的数字仿真 92
一、典型闭环系统的数字仿真 92
二、复杂连接的闭环系统数字仿真 97
第三节 环节的离散化与非线性系统的数字仿真 103
一、连续系统的离散化模型法 103
二、非线性系统的数字仿真 112
第四节 计算机控制系统的数字仿真 119
一、采样控制系统的数学描述 120
二、采样控制系统的仿真方法 123
三、采样控制系统仿真程序实现 126
第五节 问题与探究——一类非线性控制系统数字仿真的效率问题 132
一、问题提出 132
二、问题分析 133
三、几点讨论 139
小结 139
习题 140
第四章 控制系统CAD 142
第一节 概述 142
第二节 经典控制理论CAD 143
一、控制系统固有特性分析 143
二、控制系统的设计方法 146
三、控制系统的优化设计 154
第三节 基于双闭环PID控制的一阶倒立摆控制系统设计 159
一、系统模型 159
二、模型验证 161
三、双闭环PID控制器设计 165
四、仿真实验 170
五、结论 173
第四节 现代控制理论CAD 173
一、线性二次型最优控制器设计 174
二、模型参考自适应控制系统设计 182
第五节 基于时间最优控制的起重机防摆控制技术研究 188
一、问题的提出 188
二、时间最优控制 189
三、系统建模 190
四、模型验证 190
五、时间最优控制策略 192
六、仿真实验 194
七、结论 196
第六节 问题与探究——“球车系统”的建模与控制问题 197
一、问题提出 197
二、系统建模 197
三、问题探究 198
小结 198
习题 199
第五章 数字仿真技术的综合应用 202
第一节 直流电动机双闭环调速系统设计中的若干问题 202
一、双闭环V-M调速系统的目的 202
二、关于积分调节器的饱和非线性问题 203
三、关于ASR与ACR的工程设计问题 203
四、双闭环V-M调速系统的动态分析 205
第二节 数字PID调节器的鲁棒性设计方法 207
一、数字PID调节器的鲁棒性设计 207
二、“高精度齿轮量仪”位置伺服系统控制器设计 209
第三节 “水箱系统”液位控制的仿真研究 211
一、系统建模 211
二、数字仿真 211
三、结果分析 211
第四节 一阶倒立摆系统的双闭环模糊控制方案 212
一、引言 212
二、模糊理论中的几个基本概念 213
三、一阶倒立摆系统的双闭环模糊控制 214
四、仿真实验 216
五、结论 223
第五节 基于单位功率因数的PWM整流器控制系统设计 223
一、引言 223
二、滑模变结构控制 224
三、系统建模与模型验证 225
四、基于滑模变结构控制的PWM整流器控制系统设计 226
五、仿真实验 230
六、结论 234
第六节 问题与探究——两轮电动车自平衡控制问题 234
一、问题提出 234
二、系统建模 236
三、问题探究 237
小结 238
习题 238
参考文献 241