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第一章 自动控制系统的基本概念1

§1-1 自动控制和自动控制系统1

一、自动控制1

二、开环控制系统1

三、闭环控制系统2

§1-2　自动控制系统的分类与组成4

一、自动控制系统的分类4

二、自动控制系统的组成4

习题5

§2-1　引言7

第二章　传感器与执行元件7

§2-2　常用传感器举例8

一、运动和力的传感器8

二、流体传感器11

三、温度传感器15

§2-3　执行电机举例17

一、直流电动机17

二、交流伺服电动机17

三、直流力矩电动机18

四、步进电动机19

习题21

§3-1 引言22

第三章　控制系统的数学模型22

§3-2　控制系统数学模型的建立23

§3-3　传递函数29

一、拉普拉斯变换29

二、传递函数定义32

三、控制系统的典型环节及其传递函数32

§3-4　方块图35

一、方块图35

二、方块图的性质35

三、方块图的变换和简化36

一、机械平移系统38

§3-5　系统的相似与模拟38

二、RLC电路系统39

三、系统的相似与模拟40

习题40

第四章　控制系统的分析方法43

§4-1 引言43

§4-2　系统的时域分析46

§4-2-1　一阶系统46

一、一阶系统的数学模型47

二、一阶系统的单位阶跃响应47

三、一阶系统的单位斜坡响应47

§4-2-2　二阶系统48

一、二阶系统的数学模型48

四、一阶系统的单位脉冲响应48

二、二阶系统的单位阶跃响应49

三、二阶系统暂态性能指标计算51

四、二阶系统的单位斜坡响应55

五、二阶系统的单位脉冲响应55

§4-2-3　高阶系统的暂态响应与系统的稳定性56

一、高阶系统的暂态响应56

二、系统的稳定性与稳定条件57

＊§4-2-4　稳态误差58

一、稳态误差58

三、高阶系统的近似分析58

二、给定输入的稳态误差59

三、扰动输入的稳态误差61

§4-3　频率响应法62

§4-3-1　频率特性62

一、频率特性62

二、频率特性的图示方法64

三、典型环节的频率特性67

四、系统开环伯德图的绘制70

§4-3-2　奈奎斯特稳定判据71

一、奈奎斯特（对数频率）稳定判据72

二、相位裕量和增益裕量72

一、闭环频率特性74

＊§4-3-3　频域性能指标分析74

二、频域性能指标75

§4-4　控制系统的校正76

一、串联校正和并联校正77

二、PID控制规律77

三、校正装置81

＊§4-5　系统品质的计算机分析84

一、用数字计算机分析系统的稳定性84

二、用数字计算机分析系统的时域性能指标86

习题86

一、状态与状态变量89

二、状态方程89

§5-1　状态变量与状态方程89

第五章　现代控制理论简介89

三、状态方程的矩阵表示90

四、状态变量的非唯一性和状态变换91

§5-2　状态空间分析法92

§5-2-1　状态方程的建立93

一、由原始运动方程列写状态方程93

＊二、由高阶微分方程列写状态方程94

＊§5-2-2　状态方程的求解100

一、齐次状态方程的解100

二、非齐次状态方程的解104

一、能控性107

＊§5-3　线性系统的能控性和能观性107

二、能观性109

§5-4　最优控制介绍111

§5-4-1　基本概念111

§5-4-2　最优控制问题的数学表示114

＊§5-4-3　最优控制举例115

一、应用极大值原理求解最优控制问题115

二、应用动态规划法求解最优控制问题117

习题119

§6-1　离散系统的基本概念121

一、采样过程及离散信号的数学描述121

第六章　计算机控制的理论基础121

二、信号复现及零阶保持器的数学描述122

三、A/D与D/A的数学描述123

四、采样定理124

§6-2　Z交换124

一、Z变换的定义124

二、Z变换的求法125

三、Z变换的基本定理128

四、Z反变换130

§6-3　离散系统的数学描述133

一、差分方程133

二、脉冲传递函数135

三、闭环脉冲传递函数139

习题141

第七章　计算机滤波与控制算法143

§7-1　开环数值控制算法143

一、数值控制基本原理143

二、逐点比较法144

§7-2　数字PID控制算法149

一、数字PID算式150

二、PID参数的整定151

三、串级控制153

四、前馈控制154

一、冲激不变法157

§7-3　数字滤波器算法157

二、双线性变换法161

§7-4　直接数字设计方法162

一、参数最优化的低阶控制算法163

二、最少拍系统设计165

三、达林Dahlim算法168

＊§7-5　预测控制算法170

一、模型算法控制170

二、外推数字预测算法173

习题177

一、计算机控制系统的典型应用方式178

§8-1　计算机控制系统的组成178

第八章　计算机控制系统178

二、实时、在线概念180

三、计算机实时控制系统的一般组成181

§8-2　计算机控制系统的基本要求和结构特点183

一、基本要求183

二、硬件结构特点184

三、软件设计特点185

§8-3　计算机控制系统的设计186

§8-3-1　微机控制系统设计的一般步骤186

一、系统总线负载的考虑189

§8-3-2　硬件接口设计189

二、输入输出通道设计191

＊三、过程通道的抗干扰措施198

§8-3-3　控制系统应用程序设计201

一、什么是好的程序201

二、结构程序设计202

＊三、控制程序的结构举例203

§8-3-4　系统的调试与运行207

一、硬件调试208

二、软件调试208

三、系统模拟209

一、问题的提出210

＊§8-4　计算机控制系统的研制工具210

四、系统的运行与维护210

二、开发系统的组成与功能211

三、开发系统举例212

习题214

第九章　计算机控制系统应用举例215

＊§9-1　线切割机的微机控制系统215

一、线切割机的微机控制系统组成原理215

二、微机控制台215

§9-2　数据采集系统218

一、64路数据采集系统218

二、数字滤波和标度变换224

三、显示和打印数据的处理228

§9-3　微机过程控制系统230

一、合成氨工艺分析与控制方案230

二、合成氨微机控制系统的组成233

三、PID调节软件238

四、问题讨论242

＊§9-4　智能仪器、工业机器人、智能机器人简介244

一、智能仪器244

二、从工业机器人到智能机器人246

实验指导249

附录259

参考文献280