機電系統計算機控制及輔助設計

本書對機電系統計算機控制的基本理論和應用技術進行了比較全面的介紹，內容主要包括：機電系統計算機控制的一般概念、分類和組成，機電系統的建模方法，信號採樣與保持，採樣控制理論，計算機離散控制系統的性能指標描述，數字PID控制算法，數字控制器的模擬化設計及離散化設計方法，基於現代控制理論的離散狀態空間設計方法，基於MATLAB的機電控制系統計算機輔助分析與設計，以及控制系統特性的仿真分析。 ^[1] 

1.1 機電系統的概念及研究價值

1.2 機電系統計算機控制的概念及組成

1.3 計算機控制技術的發展

2.1 微分方程式的建立

2.1.1 建立系統微分方程式的一般步驟

2.1.2 典型系統微分方程的建立

2.2 線性微分方程的拉普拉斯變換求解方法

2.2.1 拉普拉斯變換的定義

2.2.2 常用函數的拉普拉斯變換

2.2.3 拉普拉斯變換基本定理

2.2.4 拉普拉斯反變換

2.2.5 用拉普拉斯變換求解線性微分方程

2.3 傳遞函數與方框圖

2.3.1 傳遞函數的定義

2.3.2 傳遞函數的性質

2.3.3 簡單方框圖的傳遞函數

2.4 狀態空間模型

2.4.1 狀態空間表達式的建立

2.4.2 狀態空間分析的MATLAB實現

小結

習題

3.1 連續時間信號與數字信號的相互轉換

3.1.1 信號的採樣

3.1.2 採樣定理及採樣週期的選擇

3.1.3 採樣信號的復現與採樣保持器

3.2 Z變換與Z反變換

3.2.1 Z變換的定義

3.2.2 Z變換的基本定理

3.2.3 Z反變換

3.3 差分方程及求解

3.3.1 差分方程

3.3.2 用Z變換求解差分方程

3.4 脈衝傳遞函數

3.4.1 脈衝傳遞函數的概念

3.4.2 開環脈衝傳遞函數

3.4.3 閉環脈衝傳遞函數

小結

習題

4.1 計算機控制系統的性能及其指標

4.1.1 離散控制系統的穩定性

4.1.2 計算機控制系統的能控性和能觀測性

4.1.3 動態指標

4.1.4 穩態指標

4.1.5 綜合指標

4.2 線性離散系統的穩定性分析

4.2.1 Z平面的穩定性條件

4.2.2 朱利（Jury）穩定判據

4.2.3 雙線性變換的勞斯（Routh）穩定判據

4.3 線性離散系統的穩態誤差分析

4.4 線性離散系統的動態響應分析

4.5 線性離散系統的根軌跡分析法

4.5.1 根軌跡圖

4.5.2 Z平面上的等阻尼線

4.6 線性離散系統的頻率特性分析法

4.6.1 對數頻率特性

4.6.2 極座標頻率特性

小結

習題

5.1 概述

5.2 數字控制器的等價離散化設計

5.2.1 各種離散化方法

5.2.2 各種離散方法的比較

5.3 對數頻率特性法校正

5.4 數字PID控制

5.4.1 模擬PID控制規律的離散化

5.4.2 PID控制器的脈衝傳遞函數

5.4.3 PID控制器參數對控制系統性能的影響

5.4.4 PID控制規律的選擇

5.4.5 PID控制算法的改進

5.4.6 PID控制參數的確定

小結

習題

6.1 數字控制器的離散化設計法

6.1.1 數字控制器的解析設計法

6.1.2 時間最優控制系統

6.1.3 有限拍無紋波系統的設計

6.1.4 有限拍無紋波設計的改進

6.1.5 擾動系統的有限拍設計

6.1.6 時間最優控制系統設計小結

6.2 純滯後對象的控制

6.2.1 大林算法

6.2.2 純滯後補償（Smith預估）控制

小結

習題

7.1 線性離散系統的離散狀態空間表達式

7.1.1 離散狀態空間表達式的建立

7.1.2 線性離散系統的Z特徵方程及Z傳遞矩陣

7.1.3 線性離散系統離散狀態方程的求解

7.2 線性離散系統的可控性及可觀測性

7.2.1 離散系統的可控性

7.2.2 離散系統的可觀測性

7.3 離散狀態空間設計法

7.4 極點配置設計法

7.5 狀態觀測器設計

7.6 降階觀測器

7.7 線性定常離散系統二次型最優控制

7.7.1 最優控制的基本概念

7.7.2 線性二次型最優控制

小結

習題

8.1 機電系統的數學模型及其轉換方法

8.1.1 連續系統的數學描述

8.1.2 系統模型的相互轉換

8.1.3 系統狀態方程的變換與實現

8.1.4 控制系統模型的建立與典型連接

8.2 連續線性系統的計算機輔助分析與設計

8.2.1 根軌跡方程

8.2.2 用MATLAB繪製極軌跡

8.2.3 根軌跡設計工具

8.3 線性系統頻率特性與奈奎斯特圖

8.3.1 奈奎斯特穩定判據

8.3.2 利用奈奎斯特圖來分析系統的穩定裕量

8.3.3 利用MATLAB繪製奈奎斯特（Nyquist）曲線

8.3.4 幅值裕量與相位裕量

8.4 線性系統的伯德圖分析

8.4.1 伯德圖

8.4.2 伯德圖的漸近線

8.4.3 由伯德圖判定系統穩定性

8.4.4 應用MATLAB函數繪製伯德圖

8.5 基於復域與顧域的線性系統設計與校正

8.5.1 串聯超前/滯後補償器設計

8.5.2 比例積分微分（PID）控制

8.6 離散系統計算機輔助分析與仿真

8.6.1 離散系統的分析

8.6.2 離散系統的仿真

9.1 概述

9.2 面向微分方程的連續系統仿真與MATLAB實現

9.2.1 基於ode函數的面向微分方程的系統仿真

9.2.2 基於M函數的面向微分方程的系統仿真 1

9.3 面向傳遞函數的連續系統仿真

9.3.1 面向傳遞函數的系統仿真

9.3.2 面向傳遞函數的系統仿真的MATLAB實現

9.4 面向結構圖的連續系統仿真

9.4.1 基於典型環節的系統仿真

9.4.2 基於Connect連接函數的系統仿真

9.5 MATLAB中的系統仿真工具Simulink應用

9.5.1 Simulink應用簡介

9.5.2 S Function（S函數）應用 ^[2]