第1章 緒論 1
1.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述 1
1.1.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的一般概念 1
1.1.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn) 3
1.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成 4
1.2.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件組成 4
1.2.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件組成 5
1.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的典型應(yīng)用形式 5
1.3.1 數(shù)據(jù)采集與操作指導(dǎo)系統(tǒng) 5
1.3.2 直接數(shù)字控制系統(tǒng) 6
1.3.3 監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 6
1.3.4 計(jì)算機(jī)分級分布式控制系統(tǒng) 7
1.3.5 數(shù)據(jù)采集與監(jiān)督控制系統(tǒng) 8
1.3.6 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) 9
1.4 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展概況 10 第1章  緒論 1
1.1  計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述 1
1.1.1  計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的一般概念 1
1.1.2  計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn) 3
1.2  計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成 4
1.2.1  計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件組成 4
1.2.2  計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件組成 5
1.3  計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的典型應(yīng)用形式 5
1.3.1  數(shù)據(jù)采集與操作指導(dǎo)系統(tǒng) 5
1.3.2  直接數(shù)字控制系統(tǒng) 6
1.3.3  監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 6
1.3.4  計(jì)算機(jī)分級分布式控制系統(tǒng) 7
1.3.5  數(shù)據(jù)采集與監(jiān)督控制系統(tǒng) 8
1.3.6  現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) 9
1.4  計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展概況 10
1.4.1  計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程 10
1.4.2  計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 11
1.5  計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的理論與設(shè)計(jì)問題 12
1.5.1  計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的理論問題 12
1.5.2  計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問題 13
本章小結(jié) 14
習(xí)題與思考題 14
第2章  計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的信號變換 15
2.1  模/數(shù)變換與數(shù)/模變換 15
2.1.1  信號類型 15
2.1.2  A/D轉(zhuǎn)換器 16
2.1.3  D/A轉(zhuǎn)換器 17
2.1.4  A/D轉(zhuǎn)換與D/A轉(zhuǎn)換對系統(tǒng)性能
      的影響 18
2.2  采樣過程的數(shù)學(xué)描述及特性分析 18
2.2.1  采樣過程的一般描述 18
2.2.2  采樣開關(guān)的數(shù)學(xué)描述 19
2.2.3  采樣信號的時(shí)域描述 20
2.2.4  采樣信號的頻域描述與頻域特性 21
2.2.5  采樣定理 22
2.3  信號的恢復(fù)與重構(gòu) 24
2.3.1  信號的理想恢復(fù)過程 24
2.3.2  信號的非理想重構(gòu)過程 26
2.3.3  零階保持器 26
2.3.4  后置濾波 28
2.4  信號的量化 28
本章小結(jié) 29
習(xí)題與思考題 30
第3章  計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述 31
3.1  z變換理論 31
3.1.1  z變換的定義 31
3.1.2  z變換的方法 32
3.1.3  z變換的性質(zhì)和定理 35
3.1.4  z反變換 37
3.1.5  廣義z變換 40
3.2   線性定常離散系統(tǒng)的差分方程 42
3.2.1  線性定常離散系統(tǒng)差分方程的
      一般形式 42
3.2.2  線性定常差分方程的求解 42
3.3  z傳遞函數(shù) 43
3.3.1  z傳遞函數(shù)的概念 43
3.3.2  z傳遞函數(shù)與差分方程的關(guān)系 44
3.3.3  開環(huán)z傳遞函數(shù) 44
3.3.4  閉環(huán)z傳遞函數(shù) 47
3.3.5  計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的輸出響應(yīng)計(jì)算 48
3.4  離散狀態(tài)空間描述 49
3.4.1  線性定常離散系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型
      的建立 49
3.4.2  連續(xù)狀態(tài)方程的離散化 55
3.4.3  計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的閉環(huán)狀態(tài)方程 58
本章小結(jié) 59
習(xí)題與思考題 59
第4章  計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的經(jīng)典分析方法 62
4.1  計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 62
4.1.1  s平面與z平面的關(guān)系 62
4.1.2  線性離散系統(tǒng)的穩(wěn)定條件 64
4.1.3  線性離散系統(tǒng)穩(wěn)定性的判斷 66
4.1.4  采樣周期對計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性
      的影響 71
4.2  計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差分析 73
4.2.1  離散系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的定義 73
4.2.2  線性定常離散系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的
      計(jì)算 73
4.2.3  干擾作用下的穩(wěn)態(tài)誤差 77
4.2.4  A/D轉(zhuǎn)換器對穩(wěn)態(tài)誤差的影響 77
4.2.5  采樣周期對穩(wěn)態(tài)誤差的影響 78
4.3  計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的響應(yīng)特性分析 79
4.3.1  計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的階躍響應(yīng)分析 80
4.3.2  系統(tǒng)閉環(huán)極點(diǎn)分布與響應(yīng)特性 82
4.4  z平面根軌跡分析法 84
4.4.1  z平面根軌跡繪制 84
4.4.2  z平面根軌跡分析 86
4.5  計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的頻率特性分析法 87
4.5.1  線性定常離散系統(tǒng)頻率特性繪制
      方法 87
4.5.2  線性定常離散系統(tǒng)頻率特性分析
      方法 90
本章小結(jié) 92
習(xí)題與思考題 92
第5章  基于連續(xù)系統(tǒng)理論的數(shù)字控制器設(shè)計(jì) 94
5.1  基于連續(xù)系統(tǒng)理論的數(shù)字控制器設(shè)計(jì)
     基本原理 94
5.1.1  連續(xù)域離散化設(shè)計(jì)基本思想 94
5.1.2  等效控制器De(s)的數(shù)學(xué)描述 94
5.1.3  數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)步驟 96
5.2  連續(xù)控制器的離散化方法 96
5.2.1  脈沖響應(yīng)不變法（z變換法） 96
5.2.2  階躍響應(yīng)不變法 97
5.2.3  前向差分法 98
5.2.4  后向差分法 100
5.2.5  雙線性變換法 102
5.2.6  預(yù)修正雙線性變換法 105
5.2.7  零極點(diǎn)匹配法 106
5.2.8  各種離散化方法比較 107
5.3  數(shù)字控制器設(shè)計(jì)舉例 107
5.4  數(shù)字PID控制 110
5.4.1  PID控制的基本形式及數(shù)字化 111
5.4.2  數(shù)字PID控制算法 113
5.5  數(shù)字PID控制改進(jìn)算法 114
5.5.1  抗積分飽和算法 114
5.5.2  微分算法的改進(jìn) 115
5.6  數(shù)字PID控制參數(shù)整定 119
5.6.1  擴(kuò)充臨界比例系數(shù)法 119
5.6.2  擴(kuò)充響應(yīng)曲線法 120
5.6.3  試湊法 120
5.7  史密斯預(yù)測補(bǔ)償控制 121
5.7.1  史密斯補(bǔ)償原理 121
5.7.2  純滯后補(bǔ)償?shù)臄?shù)字實(shí)現(xiàn) 123
本章小結(jié) 124
習(xí)題與思考題 125
第6章  數(shù)字控制器z域直接設(shè)計(jì)方法 126
6.1  基于z傳遞函數(shù)設(shè)計(jì)的基本原理 126
6.1.1  數(shù)字控制器D(z)的一般形式 126
6.1.2  對期望閉環(huán)傳遞函數(shù) (z)
      的約束 127
6.1.3  基于z傳遞函數(shù)設(shè)計(jì)一般步驟 128
6.2  最少拍控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 129
6.2.1  特殊對象的最少拍控制系統(tǒng)
      設(shè)計(jì) 129
6.2.2  一般對象的最少拍控制系統(tǒng)
      設(shè)計(jì) 133
6.3  最少拍無紋波控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 136
6.4  最少拍控制系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計(jì) 139
6.4.1  慣性因子法 139
6.4.2  非最少的有限拍控制 139
6.5  擾動作用下最少拍控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 140
6.5.1  針對擾動作用的設(shè)計(jì) 140
6.5.2  抑制擾動作用的設(shè)計(jì) 141
6.6  大林算法設(shè)計(jì) 143
6.6.1  大林算法基本原理 143
6.6.2  大林算法數(shù)字控制器的一般形式 144
6.6.3  振鈴現(xiàn)象的消除方法 146
6.7  復(fù)合控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 148
6.7.1  反饋控制中的擾動作用 148
6.7.2  復(fù)合控制系統(tǒng)基本形式與設(shè)計(jì)
      步驟 148
6.8  z平面根軌跡設(shè)計(jì) 151
6.9  數(shù)字控制器的頻域設(shè)計(jì) 153
6.9.1  w變換 153
6.9.2  基于w變換的頻域設(shè)計(jì)法 155
本章小結(jié) 159
習(xí)題與思考題 159
第7章  計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間分析 161
7.1  離散狀態(tài)方程的解 161
7.1.1  遞推法 161
7.1.2  z變換法 163
7.2  z傳遞函數(shù)矩陣與特征方程 164
7.2.1  矩陣的特征值 164
7.2.2  z傳遞函數(shù)矩陣 165
7.2.3  離散系統(tǒng)的特征方程 165
7.3  李亞普洛夫穩(wěn)定性分析 167
7.3.1  李亞普洛夫意義下的穩(wěn)定性
      概念 167
7.3.2  李亞普洛夫第二法主要定理 168
7.3.3  線性定常連續(xù)系統(tǒng)漸近穩(wěn)定
      判據(jù) 170
7.3.4  離散時(shí)間系統(tǒng)李亞普洛夫穩(wěn)定性
      判據(jù) 170
7.4  可控性與可觀性 174
7.4.1  可控性 174
7.4.2  輸出可控性 177
7.4.3  可觀性 178
7.4.4  可控性、可觀性與z傳遞函數(shù)的
      關(guān)系 181
7.4.5  采樣系統(tǒng)可控可觀性與采樣周期
      的關(guān)系 182
7.5  可控標(biāo)準(zhǔn)型與可觀標(biāo)準(zhǔn)型 183
7.5.1  z傳遞函數(shù)與可控標(biāo)準(zhǔn)型 183
7.5.2  z傳遞函數(shù)與可觀標(biāo)準(zhǔn)型 184
7.5.3  通過線性變換構(gòu)造可控標(biāo)準(zhǔn)型 184
7.5.4  通過線性變換構(gòu)造可觀標(biāo)準(zhǔn)型 186
本章小結(jié) 187
習(xí)題與思考題 188
第8章  計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間設(shè)計(jì) 190
8.1  狀態(tài)反饋設(shè)計(jì) 190
8.1.1  狀態(tài)反饋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其特性 190
8.1.2  狀態(tài)反饋與極點(diǎn)配置 192
8.1.3  單輸入系統(tǒng)狀態(tài)反饋極點(diǎn)配置
      設(shè)計(jì) 193
8.1.4  多輸入系統(tǒng)狀態(tài)反饋極點(diǎn)配置
      設(shè)計(jì) 196
8.1.5  有限拍控制 197
8.2  輸出反饋設(shè)計(jì) 197
8.2.1  輸出反饋的結(jié)構(gòu)形式與特點(diǎn) 198
8.2.2  輸出反饋與極點(diǎn)配置 199
8.3  狀態(tài)觀測器設(shè)計(jì) 200
8.3.1  開環(huán)狀態(tài)觀測器 200
8.3.2  閉環(huán)狀態(tài)觀測器設(shè)計(jì) 201
8.3.3  降維觀測器設(shè)計(jì) 206
8.3.4  有限拍觀測器 207
8.4  帶狀態(tài)觀測器的狀態(tài)反饋設(shè)計(jì) 208
8.4.1  帶觀測器的狀態(tài)反饋控制系統(tǒng)的
      一般結(jié)構(gòu) 208
8.4.2  帶觀測器的狀態(tài)反饋控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
      的分離性原理 209
8.4.3  帶觀測器的狀態(tài)反饋控制系統(tǒng)
      設(shè)計(jì)原則 210
8.4.4  帶觀測器的狀態(tài)反饋控制系統(tǒng)
      的控制器 210
8.4.5  設(shè)計(jì)舉例 212
本章小結(jié) 215
習(xí)題與思考題 21