計算機控制系統

《計算機控制系統》為“教育科學‘十五’國家規劃課題研究成果”。從工程的角度出發，系統地介紹計算機控制系統的最基本理論，重點突出，簡明易懂。與MATLAB緊密結合。書中的每道例題都經過MATLAB仿真並給出仿真結果，具有嚴謹性和可信性。全書共9章，分別是：緒論，計算機控制系統的信號特徵，Z變換，計算機控制系統的數學描述及脈衝傳遞函數，計算機控制系統特性分析，計算機控制系統連續域-離散化設計方法，計算機控制系統的直接設計方法，數字控制器的實現，線性離散系統的離散狀態空間分析、設計方法。

《計算機控制系統》適用於高等院校電氣信息類專業，也可供職業技術學院、專科學校、成人高校相關專業學生參考。

第1章 緒 論 1

1.1 概述1

1.1.1 計算機控制系統1

1.1.2 計算機控制系統組成2

1.2 計算機控制系統的類型、特點4

1.2.1 計算機控制系統的類型4

1.2.2 計算機控制系統的主要特點7

1.3 計算機控制系統發展概況及趨勢8

1.4 計算機控制理論的發展 10

1.5 本書的安排12

習題13

第2章計算機控制系統的信號特徵 14

2.1信息變換原理14

2.1.1 數字控制系統方框圖及系統信息14

2.1.2 採樣過程及理想採樣信號的特徵15

2.1.3 採樣定理21

2.2 採樣信號的恢復與保持器24

2.2.1 理想濾波器25

2.2.2 零階保持器26

2.2.3 一階保持器29

習題33

第3章 Z變換 35

3.1 Z變換定義35

3.1.1 Z變換定義及表達式35

3.1.2 簡單函數的Z變換37

3.2 Z變換的重要性質和定理43

3.3 Z反變換52

3.3.1 冪級數展開法53

3.3.2 部分分式法55

3.3.3 反演積分法（留數法）61

習題65

第4章 計算機控制系統的數學描述及脈衝傳遞函數68

4.1 離散系統68

4.2 差分方程69

4.2.1 線性常係數差分方程69

4.2.2 差分方程求解70

4.3 脈衝傳遞函數76

4.3.1 脈衝傳遞函數的定義76

4.3.2 脈衝傳遞函數的求取77

4.4 計算機控制系統脈衝傳遞函數及系統方框圖變換方法80

4.4.1 計算機控制系統脈衝傳遞函數80

4.4.2 計算機控制系統方框圖分析86

習題92

第5章 計算機控制系統特性分析95

5.1 計算機控制系統穩定性分析95

5.1.1 連續系統穩定性及穩定條件95

5.1.2 S平面與Z平面的映射關係96

5.1.3 計算機控制系統的穩定性97

5.2 計算機控制系統的穩定性分析101

5.2.1 通過雙線性變換進行穩定性分析101

5.2.2 朱裏（JURY）穩定性準則105

5.2.3 採樣週期對閉環系統穩定性的影響110

5.3 計算機控制系統動態過程112

5.3.1 閉環離散系統的暫態響應113

5.3.2 修正Z變換117

5.3.3 含有滯後環節的計算機控制系統的輸出響應121

5.3.4 利用修正Z變換求採樣點之間的信息123

5.4 計算機控制系統的穩態誤差分析127

5.4.1 計算機控制系統的穩態誤差與穩態誤差係數127

5.4.2 計算機控制系統對干擾輸入作用的響應133

習題136

第6章 計算機控制系統連續域-離散化設計方法139

6.1 連續域-離散化設計的基本原理139

6.2 連續控制器的離散化方法141

6.2.1 後向差分法142

6.2.2 前向差分法145

6.2.3 雙線性變換法146

6.2.4 具有頻率預畸的雙線性變換法148

6.2.5 脈衝響應不變法153

6.2.6 階躍響應不變法154

6.2.7 匹配零、極點映射法155

6.3 數字PID控制器設計160

6.3.1 典型PID控制161

6.3.2 數字PID控制器參數的整定169

6.3.3 PID數字控制器算法的改進172

習題175

第7章 計算機控制系統的直接設計方法179

7.1 最少拍數字控制器設計方法180

7.1.1 控制量初值不加規定的最少拍數字控制器設計180

7.1.2 規定控制量的最少拍數字控制器設計188

7.2 最少拍數字控制器的一般設計方法193

7.2.1 最少拍有紋波系統確定閉環脈衝傳遞函數 的一般方法193

7.2.2 最少拍無紋波系統設計200

7.3 純滯後系統數字控制器的設計（Dahlin算法）204

7.3.1 數字控制器 的形204

7.3.2 振鈴現象及其消除206

7.3.3 具有純滯後系統數字控制器直接設計的步驟212

7.4 施密斯（Smith）預估補償算法212

7.5 滯後過程的預估控制系統設計215

習題218

第8章 數字控制器的實現221

8.1 直接結構法221

8.1.1 直接程序法221

8.1.2 標準程序法222

8.2 間接結構法224

8.2.1 串聯程序法224

8.2.2 並聯程序法225

8.2.3 梯形程序法227

8.3 無限脈衝響應數字控制器和有限脈衝響應數字控制器231

8.3.1 無限脈衝響應數字控制器231

8.3.2 有限脈衝響應數字控制器232

8.3.3 有限脈衝響應數字控制器的實現232

習題237

第9章 線性離散系統的離散狀態空間分析、設計方法240

9.1 線性離散系統的離散狀態空間分析法240

9.1.1 線性離散系統的離散狀態空間表達式240

9.1.2 由差分方程導出離散狀態空間表達式242

9.1.3 線性離散系統狀態方程的求解247

9.1.4 線性離散系統的Z傳遞矩陣251

9.1.5 線性離散系統的Z特徵方程253

9.1.6 計算機控制系統的離散狀態空間表達式257

9.1.7 用離散狀態空間法分析系統的穩定性261

9.2 線性系統離散狀態空間設計264

9.2.1 離散系統的能控性和能觀性264

9.2.2 離散狀態空間有限拍系統設計法269

習題282

參考文獻 286