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第1章 引言与连续控制系统回顾1

1.1引言1

1.1.1数字控制器的应用领域1

1.1.2数字控制系统的基本构成与特点3

1.2连续控制系统及其动态特性5

1.2.1微分方程5

1.2.2拉普拉斯变换与传递函数5

1.2.3反馈控制的基本特性6

1.2.4反馈系统的稳定性分析7

1.2.5时间域设计指标8

1.2.6 PID控制9

1.3根轨迹设计法11

1.3.1 s域设计指标11

1.3.2根轨迹及其画图规则12

1.3.3基于根轨迹的控制器设计13

1.4频率响应设计法14

1.4.1频域设计指标14

1.4.2基于波特图的控制器设计16

1.5状态空间设计法18

1.5.1极点配置方法18

1.5.2状态观测器的设计19

1.5.3极点配置与观测器的组合：调节器的设计20

1.5.4参考输入与积分控制21

1.6本章小结40

习题141

参考文献42

第2章 离散时间系统分析43

2.1线性差分方程43

2.1.1数字化与差分方程43

2.1.2差分方程的求解47

2.2 z变换与离散传递函数49

2.2.1 z变换及其性质49

2.2.2 z变换法求解差分方程54

2.2.3结构图描述与分析56

2.2.4离散传递函数58

2.3离散传递函数与脉冲响应的关系59

2.4 BIBO稳定61

2.5本章小结62

习题263

参考文献66

第3章 采样数据系统67

3.1采样与保持67

3.1.1对采样数据的分析67

3.1.2采样信号的频谱72

3.2信号重构76

3.2.1数据外推技术77

3.2.2零阶保持对输出信号的影响81

3.3采样数据系统的结构图分析82

3.4离散模型84

3.4.1基于多项式z变换的离散模型85

3.4.2基于状态空间表达的离散模型90

3.5本章小结94

习题394

参考文献97

第4章 基于传递函数的数字系统分析与数字控制器设计98

4.1 s平面对z平面的映射98

4.2离散系统的稳定性103

4.2.1闭环系统的稳定性分析103

4.2.2绝对稳定性的检验方法105

4.2.3相对稳定性的检验方法111

4.3数字控制器的仿真设计114

4.3.1离散等价方法114

4.3.2仿真设计及对设计的评价124

4.4数字控制器的根轨迹直接设计130

4.4.1 z域设计指标130

4.4.2数字控制器的根轨迹直接设计134

4.5数字控制器的频率响应直接设计143

4.5.1离散系统的频率响应及其特性143

4.5.2双线性变换与频域设计指标145

4.5.3数字控制器的波特图直接设计146

4.6数字控制器的解析设计154

4.7模拟PID控制器的数字化159

4.7.1数字PID控制的基本算法160

4.7.2数字PID控制器的参数整定162

4.7.3数字PID控制的改进算法165

4.8数字控制器的实现167

4.8.1直接程序实现法168

4.8.2串行程序实现法168

4.8.3并行程序实现法170

4.8.4嵌套程序实现法171

4.8.5采样周期的选择171

4.9本章小结172

习题4173

参考文献178

第5章 基于极点配置与状态估计的数字控制器设计179

5.1离散时间系统的状态空间分析179

5.1.1离散时间系统的状态空间表达179

5.1.2离散时间状态空间系统的求解180

5.1.3脉冲传递函数矩阵181

5.1.4离散时间状态空间系统的稳定性182

5.2极点配置182

5.2.1能控性183

5.2.2能观性184

5.2.3采样周期与能控性和能观性185

5.2.4离散时间状态空间系统的极点配置186

5.3状态观测器设计190

5.3.1全阶观测器191

5.3.2降阶观测器194

5.4带状态观测器的极点配置195

5.4.1分离原理195

5.4.2控制器特性与系统特性196

5.4.3带状态观测器的离散系统极点配置196

5.5带参考输入的离散系统极点配置205

5.5.1参考输入与控制量相比较后加入205

5.5.2参考输入与状态变量相比较后加入207

5.5.3参考输入与输出相比较后加入210

5.5.4积分控制210

5.6本章小结214

习题5215

参考文献216

附录A 拉普拉斯变换与z变换表217

附录B 本书中用到的部分数学公式219

附录C 本书中用到的部分MATLAB指令和部分Simulink模块221

附录D 部分习题参考答案227