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 3
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拉普拉斯变换与传递函数 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 7
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 16
1.5状态空间设计法 18
1.5.1极点配置方法 18
1.5.2状态观测器的设计 19
1.5.3极点配置与观测器的组合：调节器的设计 20
1.5.4参考输入与积分控制 21
1.6本章小结 40
习题1 41
参考文献 42
第2章 离散时间系统分析 43
2.1线性差分方程 43
2.1.1数字化与差分方程 43
2.1.2差分方程的求解 47
2.2 z变换与离散传递函数 49
2.2.1 z变换及其性质 49
2.2.2 z变换法求解差分方程 54
2.2.3结构图描述与分析 56
2.2.4离散传递函数 58
2.3离散传递函数与脉冲响应的关系 59
2.4 BIBO稳定 61
2.5本章小结 62
习题2 63
参考文献 66
第3章 采样数据系统 67
3.1采样与保持 67
3.1.1对采样数据的分析 67
3.1.2采样信号的频谱 72
3.2信号重构 76
3.2.1数据外推技术 77
3.2.2零阶保持对输出信号的影响 81
3.3采样数据系统的结构图分析 82
3.4离散模型 84
3.4.1基于多项式z变换的离散模型 85
3.4.2基于状态空间表达的离散模型 90
3.5本章小结 94
习题3 94
参考文献 97
第4章 基于传递函数的数字系统分析与数字控制器设计 98
4.1 s平面对z平面的映射 98
4.2离散系统的稳定性 103
4.2.1闭环系统的稳定性分析 103
4.2.2绝对稳定性的检验方法 105
4.2.3相对稳定性的检验方法 111
4.3数字控制器的仿真设计 114
4.3.1离散等价方法 114
4.3.2仿真设计及对设计的评价 124
4.4数字控制器的根轨迹直接设计 130
4.4.1 z域设计指标 130
4.4.2数字控制器的根轨迹直接设计 134
4.5数字控制器的频率响应直接设计 143
4.5.1离散系统的频率响应及其特性 143
4.5.2双线性变换与频域设计指标 145
4.5.3数字控制器的波特图直接设计 146
4.6数字控制器的解析设计 154
4.7模拟PID控制器的数字化 159
4.7.1数字PID控制的基本算法 160
4.7.2数字PID控制器的参数整定 162
4.7.3数字PID控制的改进算法 165
4.8数字控制器的实现 167
4.8.1直接程序实现法 168
4.8.2串行程序实现法 168
4.8.3并行程序实现法 170
4.8.4嵌套程序实现法 171
4.8.5采样周期的选择 171
4.9本章小结 172
习题4 173
参考文献 178
第5章 基于极点配置与状态估计的数字控制器设计 179
5.1离散时间系统的状态空间分析 179
5.1.1离散时间系统的状态空间表达 179
5.1.2离散时间状态空间系统的求解 180
5.1.3脉冲传递函数矩阵 181
5.1.4离散时间状态空间系统的稳定性 182
5.2极点配置 182
5.2.1能控性 183
5.2.2能观性 184
5.2.3采样周期与能控性和能观性 185
5.2.4离散时间状态空间系统的极点配置 186
5.3状态观测器设计 190
5.3.1全阶观测器 191
5.3.2降阶观测器 194
5.4带状态观测器的极点配置 195
5.4.1分离原理 195
5.4.2控制器特性与系统特性 196
5.4.3带状态观测器的离散系统极点配置 196
5.5带参考输入的离散系统极点配置 205
5.5.1参考输入与控制量相比较后加入 205
5.5.2参考输入与状态变量相比较后加入 207
5.5.3参考输入与输出相比较后加入 210
5.5.4积分控制 210
5.6本章小结 214
习题5 215
参考文献 216
附录A 拉普拉斯变换与z变换表 217
附录B 本书中用到的部分数学公式 219
附录C 本书中用到的部分MATLAB指令和部分Simulink模块 221
附录D 部分习题参考答案 227