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第1章　绪论1

1.1　计算机控制系统概述1

1.1.1　计算机控制系统的一般概念1

1.1.2　计算机控制系统的组成3

1.1.3　计算机控制系统的分类4

1.1.4　计算机控制系统的特点7

1.2　信号的采样与恢复8

1.2.1　信号的采样过程8

1.2.2　采样定理10

1.2.3　信息的恢复过程和零阶保持器12

1.3　计算机控制系统发展趋势14

习题15

第2章　Z变换及Z传递函数17

2.1 Z变换定义与常用函数Z变换17

2.1.1 Z变换的定义17

2.1.2　常用信号的Z变换19

2.2 Z变换的性质和定理20

2.3 Z反变换23

2.4　广义Z变换26

2.5　线性定常离散系统的差分方程及其解28

2.6 Z传递函数29

2.6.1 Z传递函数的定义29

2.6.2 Z传递函数与脉冲响应函数的关系29

2.6.3 Z传递函数的求法30

2.6.4　开环Z传递函数31

2.6.5　闭环Z传递函数33

2.6.6 Z传递函数的物理可实现性35

2.6.7　在扰动作用下的线性离散系统35

2.7　广义Z传递函数36

习题37

第3章　计算机控制系统的分析39

3.1　离散系统的稳定性分析39

3.1.1 S平面与Z平面的关系39

3.1.2　离散系统输出响应的一般关系式40

3.1.3 Routh稳定性准则在离散系统中的应用41

3.2　离散系统的过渡响应分析42

3.3　离散系统的稳态准确度分析46

3.4　离散系统的响应48

3.4.1　离散系统在采样点间的响应48

3.4.2　被控对象含延时的输出响应50

3.4.3　离散最少拍系统51

3.5　离散系统的根轨迹分析法51

3.6　离散系统的频率分析法54

习题56

第4章　计算机控制系统的离散化设计58

4.1　最少拍计算机控制系统的设计58

4.1.1　最少拍系统设计的基本原则59

4.1.2　阻尼因子法64

4.1.3　任意广义对象的最少拍控制器设计66

4.2　无波纹最少拍计算机控制系统设计69

4.3　误差平方和最小系统的设计73

4.4　在扰动作用下计算机控制系统的设计76

4.4.1　针对扰动作用的设计77

4.4.2　抑制扰动作用的设计77

4.5　复合控制系统设计79

4.6　数字控制器的根轨迹设计法81

4.7　数字控制器的频域设计法83

4.7.1 W变换83

4.7.2　数字控制器的频率特性84

4.7.3 W变换法的设计步骤86

4.8　数字控制器的计算机程序实现87

4.8.1　直接程序设计法88

4.8.2　串行程序设计法89

4.8.3　并行程序设计法90

习题92

第5章　计算机控制系统的模拟化设计95

5.1　概述95

5.2　模拟控制器的离散化方法98

5.2.1　冲激不变法99

5.2.2　加零阶保持器的Z变换法100

5.2.3　差分变换法100

5.2.4　双线性变换法103

5.2.5　频率预畸变双线性变换法104

5.2.6　零、极点匹配法105

5.3　数字PID控制107

5.3.1 PID控制的基本形式及数字化107

5.3.2　数字PID控制器的控制效果109

5.3.3　数字PID控制算法111

5.4　数字PID控制算法的改进112

5.4.1　积分分离PID算法112

5.4.2　不完全微分PID算法113

5.4.3　微分先行PID算法114

5.4.4　带死区PID算法115

5.4.5　抗积分饱和PID算法116

5.5　数字PID控制器的参数整定117

5.5.1　试凑法117

5.5.2　扩充临界比例度法118

5.5.3　扩充响应曲线法119

习题120

第6章　线性离散系统状态空间分析122

6.1　线性离散系统状态方程122

6.1.1 由高阶差分方程求状态方程122

6.1.2　由Z传递函数求状态方程125

6.2　连续状态方程的离散化130

6.3　计算机控制系统的闭环离散状态方程135

6.4　线性离散系统的传递函数矩阵与特征值137

6.5　线性离散状态方程的求解139

6.5.1　递推法140

6.5.2 Z变换法143

6.6　线性离散系统的稳定性、可控性和可测性144

6.6.1　线性离散系统的稳定性144

6.6.2　线性离散系统的可控性147

6.6.3　线性离散系统的可测性148

6.6.4　可控性、可测性与传递函数矩阵的关系149

习题150

第7章　线性离散系统状态空间设计154

7.1　线性离散系统输出反馈设计154

7.1.1　在单位阶跃信号作用下单变量最少拍系统设计155

7.1.2　在单位速度信号作用下单变量最少拍系统设计161

7.1.3　在单位阶跃信号作用下多变量最少拍系统设计162

7.2　线性离散系统状态反馈设计167

7.2.1　设计单输入二阶系统的坐标变换法168

7.2.2 n阶单输入系统的坐标变换法171

7.2.3　设计单输入系统的递推法175

7.2.4　多输入n阶系统的递推法178

7.3　线性离散系统的极点配置与观测器182

7.3.1　用状态反馈实现指定的极点配置182

7.3.2　状态观测器186

7.4 Liapunov最优状态反馈设计193

7.5　最小能量控制系统设计196

7.6　离散最优控制198

7.6.1　离散极小值原理199

7.6.2　离散动态规划法202

习题206

第8章　复杂控制规律系统设计209

8.1　纯滞后补偿控制系统209

8.1.1　大林算法209

8.1.2　史密斯预估算法217

8.1.3　纯滞后信号的产生221

8.2　串级控制222

8.3　前馈控制226

8.3.1　基本原理及控制算法226

8.3.2　前馈控制的应用场合229

8.4　解耦控制229

8.4.1　解耦控制原理230

8.4.2　解耦控制器设计231

习题232

第9章　模糊控制系统设计234

9.1　模糊控制的数学基础234

9.1.1　模糊集合与隶属函数234

9.1.2　模糊关系和模糊矩阵236

9.1.3　模糊逻辑238

9.1.4　模糊推理239

9.2　模糊控制原理247

9.2.1　模糊控制系统的组成247

9.2.2　模糊控制原理248

9.3　模糊控制器设计251

9.3.1　模糊控制器的结构设计252

9.3.2　模糊控制规则的设计253

习题259

第10章　专家控制系统设计261

10.1　专家控制系统的知识表示261

10.1.1　产生式规则表示法261

10.1.2　语义网络表示法262

10.1.3　框架表示法263

10.1.4　状态空间表示法264

10.1.5　黑板模型结构265

10.1.6　与或图表示法266

10.1.7　综合知识的表达方法267

10.2　专家控制系统的基本原理268

10.2.1　专家控制系统与专家系统的区别268

10.2.2　专家控制系统的结构269

10.3　专家控制系统的设计271

10.3.1　专家控制系统的设计原则271

10.3.2　直接专家控制系统的设计272

10.3.3　间接专家控制系统的设计274

习题278

第11章　神经网络控制系统设计279

11.1　神经网络理论基础279

11.1.1　人工神经网络的特点279

11.1.2　人工神经网络原理280

11.1.3 MP神经元模型与人工神经网络的构成281

11.1.4　神经网络的学习方法282

11.2　神经网络的模型与算法284

11.2.1　感知器网络284

11.2.2　多阶层网络与误差逆传播算法285

11.2.3 Hopfield神经网络289

11.2.4　局部递归型神经网络291

11.3　神经网络控制系统的设计294

11.3.1　神经网络控制的多种结构294

11.3.2　神经自校正控制297

11.3.3　神经PID控制300

习题302

第12章　计算机控制系统设计与实现304

12.1　计算机控制系统设计原则304

12.2　计算机控制系统设计步骤306

12.3　计算机控制系统输入输出通道设计313

12.3.1　过程输入输出通道的组成与功能313

12.3.2　过程输入输出通道的控制方式313

12.3.3　输入通道315

12.3.4　输出通道317

12.4　计算机控制系统抗干扰技术319

12.4.1　干扰的来源319

12.4.2　干扰的抑制方法320

12.5　计算机控制系统应用实例325

习题331

参考文献332