数字控制系统分析与设计

=第1章引言与连续控制系统回顾

1.1引言

1.1.1数字控制器的应用领域

1.1.2数字控制系统的基本构成与特点

1.2连续控制系统及其动态特性

1.2.1微分方程

1.2.2拉氏变换与传递函数

1.2.3反馈控制的基本特性

1.2.4反馈系统的稳定性分析

1.2.5时间域设计指标

1.2.6PID控制

1.3根轨迹设计法

1.3.1s域设计指标

1.3.2根轨迹及其画图规则

1.3.3基于根轨迹的控制器设计

1.4频率响应设计法

1.4.1频域设计指标

1.4.2基于波特图的控制器设计

1.5状态空间设计法

1.5.1极点配置方法

1.5.2状态观测器的设计

1.5.3极点配置与观测器的组合： 调节器的设计

1.5.4参考输入与积分控制

1.6本章小结

习题1

参考文献

第2章离散时间系统分析

2.1线性差分方程

2.1.1数字化与差分方程

2.1.2差分方程的求解

2.2z变换与离散传递函数

2.2.1z变换及其性质

2.2.2z变换法求解差分方程

2.2.3结构图描述与分析

2.2.4离散传递函数

2.3离散传递函数与脉冲响应的关系

2.4BIBO稳定

2.5本章小结

习题2

参考文献

第3章采样数据系统

3.1采样与保持

3.1.1对采样数据的分析

3.1.2采样信号的频谱

3.2信号重构

3.2.1数据外推技术

*3.2.2零阶保持对输出信号的影响

3.3采样数据系统的结构图分析

3.4离散模型

3.4.1基于多项式的z变换的离散模型

*3.4.2基于状态空间表达的离散模型

3.5本章小结

习题3

参考文献

第4章基于传递函数的数字系统分析与数字控制器设计

4.1s平面对z平面的映射

4.2离散系统的稳定性

4.2.1闭环系统的稳定性分析

4.2.2绝对稳定性的检验方法

4.2.3相对稳定性的检验方法

4.3数字控制器的仿真设计

4.3.1离散等价方法

4.3.2仿真设计及对设计的评价

4.4数字控制器的根轨迹直接设计

4.4.1z域设计指标

4.4.2数字控制器的根轨迹直接设计

4.5数字控制器的频率响应直接设计

4.5.1离散系统的频率响应及其特性

4.5.2双线性变换与频域设计指标

4.5.3数字控制器的波特图直接设计

*4.6数字控制器的解析设计

4.7模拟PID控制器的数字化

4.7.1数字PID控制的基本算法

4.7.2数字PID控制器的参数整定

4.7.3数字PID控制的改进算法

4.8数字控制器的实现

4.8.1直接程序实现法

4.8.2串行程序实现法

4.8.3并行程序实现法

4.8.4嵌套程序实现法

4.8.5采样周期的选择

4.9本章小结

习题4

参考文献

第5章基于极点配置与状态估计的数字控制器设计

5.1离散时间系统的状态空间分析

5.1.1离散时间系统的状态空间表达

5.1.2离散时间状态空间系统的求解

5.1.3脉冲传递函数矩阵

5.1.4离散时间状态空间系统的稳定性

5.2极点配置

5.2.1能控性

5.2.2能观性

5.2.3采样周期与能控性和能观性

5.2.4离散时间状态空间系统的极点配置

5.3状态观测器设计

5.3.1全阶观测器

*5.3.2降阶观测器

5.4带状态观测器的极点配置

5.4.1分离原理

5.4.2控制器特性与系统特性

5.4.3带状态观测器的离散系统极点配置

5.5带参考输入的离散系统极点配置

5.6本章小结

习题5

参考文献

附录A拉普拉斯变换与z变换表

附录B本书中用到的部分数学公式

附录C本书中用到的部分MATLAB指令和部分Simulink模块

附录D部分习题参考答案

本书是作者在多年教学工作、工程实践并结合国内外该领域的教学和技术发展等基础上形成的一部教材。全书系统地介绍有关数字控制的基本理论、基本分析方法与数字控制器设计技术等。本书共分5章，内容包括连续控制回顾、离散时间系统分析、采样数据系统、基于传递函数的数字控制器设计和基于极点配置的数字控制器设计等。本书可作为自动化类专业或相关专业本科生计算机控制或数字控制类课程教材或教学参考书，也可作为有关工程技术人员相关的参考资料。

随着计算机技术的迅速发展，目前的工业控制系统、机器人系统或其他电子控制装置基本都采用数字控制器来予以实现。
本书正是针对这种情况，着重对数字控制系统的分析、设计和建模等问题进行了较系统的介绍。尤其以较多的篇幅讨论了数字控制系统的设计方法。
本书内容与工程结合较强，可读性好。全书图文并茂，较为通俗易懂。各章自成体系又融会贯通，可方便读者有选择地学习。
既注重系统性又注重时代性，既系统地介绍了数字控制系统分析与设计方法，又介绍了在该领域中数字化的一些新进展。
控制器设计方面的例题全部基于MATLAB和SIMULINK软件进行了仿真，书中内容以及和各章节后相关习题的编排，注意对学生动手能力的训练与培养。