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1.1 机电系统的概念及其研究价值1

1.2 机电系统计算机控制的概念及组成1

第1章 概论1

1.3 计算机控制技术的发展3

1.4 计算机控制理论4

1.5 计算机控制系统的分类7

小结12

习题12

第2章 机电系统的数学模型及传递函数14

2.1.1 传感器14

2.1.2 执行器16

2.2 机电系统数学模型的建立19

2.3 用拉普拉斯变换求解线性微分方程24

2.3.1 拉普拉斯变换的定义24

2.3.2 常用函数的拉氏变换24

2.3.3 拉氏变换的基本定理25

2.3.4 拉氏反变换25

2.3.5 用拉普拉斯变换求解线性微分方程26

2.4 传递函数和方框图27

2.4.1 传递函数的定义28

2.4.2 简单方框图的传递函数30

2.5 状态空间分析法36

2.5.1 状态空间分析法的基本概念36

2.5.2 线性系统的状态空间表达式37

2.5.3 状态空间表达式的建立39

2.5.4 状态空间分析的MATLAB实现43

2.6 机电系统未建动力学模型45

小结49

习题50

第3章 连续时间信号和数字信号之间的转换52

3.1 概述52

3.2 信号的采样53

3.3 采样定理及采样周期的选择54

3.4 采样信号的复现和采样保持器56

3.5 D/A转换器（DAC）原理及应用58

3.6 A/D转换器（ADC）原理及应用62

小结67

习题67

第4章 线性离散控制系统的数学描述方法68

4.1 Z变换的定义68

4.2 Z变换的基本定理71

4.3 Z反变换73

4.4 差分方程78

4.5 用Z变换求解差分方程79

4.6 脉冲传递函数80

4.6.1 脉冲传递函数的概念80

4.6.2 开环脉冲传递函数82

4.6.3 闭环脉冲传递函数85

4.7 Z平面88

小结90

习题90

第5章 控制系统的性能指标描述92

5.1 计算机控制系统的性能及其指标92

5.1.1 计算机控制系统的稳定性92

5.1.2 计算机控制系统的能控性和能观测性93

5.1.3 动态指标93

5.1.4 稳态指标94

5.1.5 综合指标94

5.2 线性离散系统的稳定性分析95

5.2.1 Z平面的稳定性条件96

5.2.2 朱里（Jury）稳定判据97

5.2.3 双线性变换的劳斯（Routh）稳定判据98

5.3 线性离散系统的稳态误差分析100

5.4 线性离散系统的动态响应分析103

5.5 线性离散系统的根轨迹分析法107

5.5.1 根轨迹图107

5.5.2 Z平面上的等阻尼线110

5.6 线性离散系统的频率特性分析法111

5.6.1 对数频率特性111

5.6.2 极坐标频率特性112

小结114

习题114

第6章 计算机控制系统的经典控制理论设计115

6.1 概述115

6.2 数字控制器的等价离散化设计116

6.2.1 各种离散化方法116

6.2.2 各种离散方法的比较121

6.3 对数频率特性法校正126

6.4 数字PID控制129

6.4.1 模拟PID控制规律的离散化129

6.4.2 PID控制器的脉冲传递函数130

6.4.3 PID控制器参数对控制系统性能的影响131

6.4.4 PID控制规律的选择135

6.4.5 PID控制算法的改进135

6.4.6 PID控制参数的确定137

6.5 数字控制器的离散化设计法139

6.5.1 数字控制器的解析设计法139

2.1 常用的传感器和执行器142

6.5.2 时间最优控制系统143

6.5.3 有限拍无纹波系统的设计149

6.5.4 有限拍无纹波设计的改进152

6.5.5 扰动系统的有限拍设计155

6.5.6 时间最优控制系统设计的小结157

6.6 纯滞后对象的控制157

6.6.1 大林算法158

6.6.2 纯滞后补偿（Smith预估）控制161

6.7 复合计算机控制系统163

6.8 串级控制系统的设计165

6.9 采样频率的选择166

小结168

习题169

第7章 计算机控制系统的现代控制理论设计170

7.1 线性离散系统的离散状态空间表达式170

7.1.1 离散状态空间表达式的建立170

7.1.2 线性离散系统的Z特征方程及Z传递矩阵175

7.1.3 线性离散系统离散状态方程的求解177

7.2 线性离散系统的可控性及可观测性177

7.2.1 离散系统的可控性178

7.2.2 离散系统的可观测性180

7.3 离散状态空间设计法181

7.4 极点配置设计法187

7.5 状态观测器设计189

7.6 降阶观测器192

7.7 线性定常离散系统二次型最优控制193

7.7.1 最优控制的基本概念193

7.7.2 线性二次型最优控制195

小结199

习题200

第8章 辨识及智能控制系统201

8.1 系统辨识的基本问题201

8.2 被控对象或过程的辨识202

8.3 智能控制系统212

8.4 仿人智能控制214

小结223

习题223

第9章 计算机网络控制技术225

9.1 概述225

9.1.1 控制网络和信息网络的区别225

9.1.2 控制网络的类型及其相互关系225

9.2 现场总线控制技术227

9.2.1 现场总线技术简介227

9.2.2 现场总线系统的结构和特点227

9.2.3 几种有影响的现场总线228

9.3.2 分布式控制系统控制方案231

9.3.1 分布式控制系统概述231

9.3 分布式控制网络技术231

9.3.3 分布式控制网络的结构233

9.4 集散型控制系统236

9.5 控制网络与信息网络的集成技术简介239

9.6 网络控制系统实例240

小结243

习题243

第10章 控制系统计算机辅助设计、分析及仿真244

10.1 CACSD软件环境及新技术简介244

10.2.2 MATLAB的组成245

10.2 MATLAB简介245

10.2.1 MATLAB的历史245

10.2.3 MATLAB的桌面247

10.2.4 MATLAB的基本语法248

10.3 控制系统的数学描述与建模250

10.3.1 控制系统的数学模型250

10.3.2 数学模型的转换251

10.3.3 第四种系统数学模型253

10.3.4 控制系统模型的典型连接253

10.4 连续系统模型的离散化254

10.5.1 控制系统的稳定性分析255

10.5 控制系统的分析方法255

10.5.2 控制系统的时域分析256

10.5.3 控制系统的频域分析258

10.5.4 根轨迹图260

10.6 控制系统的设计与仿真261

10.6.1 经典控制理论设计262

10.6.2 现代控制理论设计266

10.7 Simulink仿真268

10.7.1 Simulink简介268

10.7.2 Simulink的环境与建模268

小结270

习题271

第11章 计算机控制系统的设计与工程实现273

11.1 组建计算机控制系统273

11.2 计算机控制系统对环境的适应性273

11.3 计算机控制系统数字控制器的实现方法282

11.4 数字控制器的程序设计291

11.5 机械手的一个终端执行器的微机控制291

11.6 磁盘驱动器的磁头臂的微机控制300

小结305

习题305

附录A 控制系统工具箱（ToolboxControl）函数清单308

参考文献312