基本信息
出版時間：2012-03千 字 數：380
版 次：01-01頁 數：240
開 本：16(185*260)
出 版：電子工業出版社
I S B N ：9787121158599
圖書簡介
本書對機電系統計算機控制的基本理論和套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。
圖書目錄
目 錄
第1章 概論1
1.1 機電系統的概念及研究價值1
1.2 機電系統計算機控制的概念及組成1
1.3 計算機控制技術的發展2
第2章 機電系統的數學模型4
2.1 微分方程式的建立4
2.1.1 建立系統微分方程式的一般步驟4
2.1.2 典型系統微分方程的建立5
2.2 線性微分方程的拉普拉斯變換求解方法7
2.2.1 拉普拉斯變換的定義7
2.2.2 常用函式的拉普拉斯變換8
2.2.3 拉普拉斯變換基本定理8
2.2.4 拉普拉斯反變換9
2.2.5 用拉普拉斯變換求解線性微分方程10
2.3 傳遞函式與方框圖11
2.3.1 傳遞函式的定義11
2.3.2 傳遞函式的性質13
2.3.3 簡單方框圖的傳遞函式13
2.4 狀態空間模型20
2.4.1 狀態空間表達式的建立20
2.4.2 狀態空間分析的MATLAB實現23
小結25
習題25
第3章 線性離散控制系統的數學描述28
3.1 連續時間信號與數位訊號的相互轉換28
3.1.1 信號的採樣28
3.1.2 採樣定理及採樣周期的選擇29
3.1.3 採樣信號的復現與採樣保持器31
3.2 Z變換與Z反變換33
3.2.1 Z變換的定義33
3.2.2 Z變換的基本定理36
3.2.3 Z反變換38
3.3 差分方程及求解43
3.3.1 差分方程43
3.3.2 用Z變換求解差分方程43
3.4 脈衝傳遞函式44
3.4.1 脈衝傳遞函式的概念44
3.4.2 開環脈衝傳遞函式46
3.4.3 閉環脈衝傳遞函式48
小結51
習題51
第4章 控制系統性能指標描述53
4.1 計算機控制系統的性能及其指標53
4.1.1 離散控制系統的穩定性53
4.1.2 計算機控制系統的能控性和能觀測性54
4.1.3 動態指標54
4.1.4 穩態指標55
4.1.5 綜合指標55
4.2 線性離散系統的穩定性分析56
4.2.1 Z平面的穩定性條件56
4.2.2 朱利（Jury）穩定判據57
4.2.3 雙線性變換的勞斯（Routh）穩定判據58
4.3 線性離散系統的穩態誤差分析60
4.4 線性離散系統的動態回響分析62
4.5 線性離散系統的根軌跡分析法65
4.5.1 根軌跡圖65
4.5.2 Z平面上的等阻尼線68
4.6 線性離散系統的頻率特性分析法69
4.6.1 對數頻率特性69
4.6.2 極坐標頻率特性70
小結71
習題71
第5章 計算機控制系統的模擬化設計73
5.1 概述73
5.2 數字控制器的等價離散化設計73
5.2.1 各種離散化方法74
5.2.2 各種離散方法的比較78
5.3 對數頻率特性法校正82
5.4 數字PID控制85
5.4.1 模擬PID控制規律的離散化85
5.4.2 PID控制器的脈衝傳遞函式87
5.4.3 PID控制器參數對控制系統性能的影響88
5.4.4 PID控制規律的選擇90
5.4.5 PID控制算法的改進91
5.4.6 PID控制參數的確定93
小結95
習題95
第6章 計算機控制系統的離散化設計96
6.1 數字控制器的離散化設計法96
6.1.1 數字控制器的解析設計法96
6.1.2 時間最優控制系統99
6.1.3 有限拍無紋波系統的設計104
6.1.4 有限拍無紋波設計的改進107
6.1.5 擾動系統的有限拍設計110
6.1.6 時間最優控制系統設計小結111
6.2 純滯後對象的控制112
6.2.1 大林算法112
6.2.2 純滯後補償（Smith預估）控制115
小結116
習題116
第7章 計算機控制系統的現代控制理論設計118
7.1 線性離散系統的離散狀態空間表達式118
7.1.1 離散狀態空間表達式的建立119
7.1.2 線性離散系統的Z特徵方程及Z傳遞矩陣122
7.1.3 線性離散系統離散狀態方程的求解124
7.2 線性離散系統的可控性及可觀測性124
7.2.1 離散系統的可控性125
7.2.2 離散系統的可觀測性126
7.3 離散狀態空間設計法128
7.4 極點配置設計法133
7.5 狀態觀測器設計135
7.6 降階觀測器137
7.7 線性定常離散系統二次型最優控制138
7.7.1 最優控制的基本概念139
7.7.2 線性二次型最優控制140
小結144
習題144
第8章機電控制系統的計算機輔助分析與設計146
8.1 機電系統的數學模型及其轉換方法146
8.1.1 連續系統的數學描述146
8.1.2 系統模型的相互轉換149
8.1.3 系統狀態方程的變換與實現154
8.1.4 控制系統模型的建立與典型連線159
8.2 連續線性系統的計算機輔助分析與設計167
8.2.1 根軌跡方程168
8.2.2 用MATLAB繪製極軌跡169
8.2.3 根軌跡設計工具170
8.3 線性系統頻率特性與奈奎斯特圖174
8.3.1 奈奎斯特穩定判據174
8.3.2 利用奈奎斯特圖來分析系統的穩定裕量175
8.3.3 利用MATLAB繪製奈奎斯特（Nyquist）曲線176
8.3.4 幅值裕量與相位裕量177
8.4 線性系統的伯德圖分析179
8.4.1 伯德圖179
8.4.2 伯德圖的漸近線179
8.4.3 由伯德圖判定系統穩定性182
8.4.4 套用MATLAB函式繪製伯德圖182
8.5 基於復域與顧域的線性系統設計與校正185
8.5.1 串聯超前/滯後補償器設計185
8.5.2 比例積分微分（PID）控制196
8.6 離散系統計算機輔助分析與仿真200
8.6.1 離散系統的分析200
8.6.2 離散系統的仿真204
第9章機電系統動態性能的計算機仿真208
9.1 概述208
9.2 面向微分方程的連續系統仿真與MATLAB實現208
9.2.1 基於ode函式的面向微分方程的系統仿真209
9.2.2 基於M函式的面向微分方程的系統仿真211
9.3 面向傳遞函式的連續系統仿真212
9.3.1 面向傳遞函式的系統仿真212
9.3.2 面向傳遞函式的系統仿真的MATLAB實現213
9.4 面向結構圖的連續系統仿真215
9.4.1 基於典型環節的系統仿真215
9.4.2 基於Connect連線函式的系統仿真219
9.5 MATLAB中的系統仿真工具Simulink套用221
9.5.1 Simulink套用簡介221
9.5.2 s function（S函式）套用223
圖書前言
前 言
計算機控制系統分析與設計是機電一體化專業的技術基礎課，該課程是使“控制工程基礎”與“微機原理及接口技術”兩門課程相互銜接的一門基礎理論課程。由於計算機控制系統已廣泛套用於工業、農業、商業、金融、國防等國民經濟部門，因此有關計算機控制系統分析和設計的知識，也成為機電一體化複合型人材的必備知識。
作為教材，本書在論述中力求簡明扼要，前後連貫；在內容安排上，以系統分析和設計為主線。考慮到讀者已有一定的數學基礎，本書在講述控制系統的數學描述方法時，從分析、設計一個系統所需要的數學基礎出發，將理論分析的系統性與目的性密切結合起來，以便讀者利用數學工具進行計算機控制系統的分析與設計。同時，本書注意理論分析與設計方法的緊密結合，對基礎理論的描述由淺入深、由簡到繁，力求給讀者以清晰的物理概念，使讀者既能掌握理論分析的方法，又能從事系統的分析與設計。
書中對每一種設計方法，以提出問題和解決問題的思路及具體步驟為主線，較系統地討論了計算機控制系統的不同分析和設計方法，並結合MATLAB工具進行輔助分析與設計。各章都有一定數量的例題和習題，大部分例題都給出了MATLAB程式，以使讀者便於理解基本概念，較快地掌握各種分析和設計方法的特點，從而能夠針對不同控制對象和要求採用不同的方法進行分析和設計控制系統。
全書分共8章。第1章為概述。第2章介紹機電系統數學模型的建立，包括時域微分方程、複數域傳遞函式及現代控制理論的狀態空間模型。第3章介紹了連續時間信號與離散時間信號的相互轉換，以及研究離散系統的有力工具Z變換（Z反變換）、離散系統的數學模型和脈衝傳遞函式，以及差分方程的求解和脈衝傳遞函式的分析方法。第4章闡述了離散控制系統的性能指標，並採用Z變換分析法對線性離散系統的性能進行了分析和討論，注重與連續控制系統的比較，為計算機控制系統的分析與設計奠定了基礎。第5、第6章分別討論了基於經典控制系統設計方法的計算機控制系統的等價離散化設計方法，和直接在Z域內進行離散化設計方法。第7章結合現代控制理論中狀態空間設計方法，採用離散狀態空間分析法來研究和分析多變數問題、時變問題等。第8、第9章主要結合MATLAB軟體，分別介紹了機電控制系統的計算機輔助分析與設計，以及控制系統特性仿真分析方法。
在內容安排上，考慮到機電一體化專業的課程設定還在不斷地改進，以及課程的系統性，本書中編入了Z變換和線性定常連續系統狀態變數的分析等內容，因此在講授時，可依據學生的實際情況適當刪減。又考慮到學時和篇幅的限制，書中沒有介紹典型的計算機控制系統實例，以及過程控制的輸入/輸出技術和人機接口技術（因這部分作為課程設計的內容為宜）。
本書的編寫既是編者多年來教學和實踐經驗的概括和總結，又博採了目前各教材和著作的精華。參加該書編寫工作的有中北大學趙俊生（第1、6、7章）、趙鵬飛（第9、9章）、方群玲（第3、4、5章）、山西省電力公司電力科學研究院劉建華（第2章），全書由趙俊生主持編寫和負責統稿。本書成稿後由中北大學教授潘宏俠擔任主審，他從全書的結構到文字表述都給予了較全面、具體的指導，並提出了寶貴的修改意見，在此表示最衷心的感謝！本書的編寫得到電子工業出版社熱情的幫助和指導，中北大學教務處的大力支持，在此也表示最真誠的謝意！
一本新書的出版一般都是在認真總結與引用前人知識和智慧的基礎上創新發展起來的，本書的編寫也參考和引用了許多前人優秀教材與研究成果的結晶和精華。在此向本書所參考和引用的資料、文獻、教材的編著者表示最誠摯的敬意和感謝！
本書是21世紀新編教材，既要凸現工學結合、學用一致、理論密切聯繫生產實際、“教、學、做”一體化等教學特色，又要注重對大學生素質和技能的培養和提高，所以難度較大。鑒於編者的水平和經驗有限，書中錯誤、疏漏在所難免，懇請讀者和專家批評指正。
作 者
2012年1月
