控制系統(tǒng)的數(shù)字仿真及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（二版）

1 概論
1.1 仿真技術(shù)概述
1.1.1 仿真技術(shù)簡介
1.1.2 仿真技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展
1.2 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的形成與發(fā)展
習(xí)題
2 連續(xù)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型表示方法及實(shí)現(xiàn)
2.1 連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型表示方法
2.1.1 連續(xù)時(shí)間模型
2.1.2 離散時(shí)間模型
2.1.3 連續(xù)離散混合模型
2.1.4 數(shù)學(xué)模型之間的轉(zhuǎn)換
2.2 實(shí)現(xiàn)問題
2.2.1 可控標(biāo)準(zhǔn)型
2.2.2 可觀標(biāo)準(zhǔn)型
2.2.3 對角標(biāo)準(zhǔn)型
2.2.4 若當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)型
2.2.5 傳遞函數(shù)中分子分母同階次時(shí)的處理
2.2.6 狀態(tài)初值的通用求解方法
習(xí)題
3 連續(xù)系統(tǒng)的離散化
3.1 引言
3.1.1 解析解與數(shù)值解
3.1.2 常微分方程初值問題和邊值問題
3.1.3 線性常微分方程組的穩(wěn)定性
3.1.4 病態(tài)微分方程組
3.1.5 數(shù)值解的穩(wěn)定性
3.1.6 數(shù)值計(jì)算中誤差的來源
3.2 數(shù)值分析方法
3.2.1 化導(dǎo)數(shù)為差商的方法
3.2.2 泰勒展式法
3.2.3 數(shù)值積分法
3.3 常用的數(shù)值積分方法
3.3.1 單步法
3.3.2 多步法
3.3.3 預(yù)估校正法
3.3.4 數(shù)值積分方法的選擇
3.4 離散相似法離散連續(xù)系統(tǒng)
3.4.1 連續(xù)系統(tǒng)狀態(tài)方程的離散化
3.4.2 連續(xù)系統(tǒng)傳遞函數(shù)的離散化
3.4.3 快速數(shù)字仿真算法
3.4.4 信號重構(gòu)
3.4.5 保持器的傳遞函數(shù)及其頻率特性
3.4.6 離散相似模型的校正
習(xí)題
4 連續(xù)控制系統(tǒng)的仿真
4.1 仿真模型的結(jié)構(gòu)
4.1.1 面向閉環(huán)系統(tǒng)微分方程（或傳遞函數(shù)）的數(shù)字仿真
4.1.2 面向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖的數(shù)字仿真
4.2 典型環(huán)節(jié)的離散化系統(tǒng)及其差分方程
4.2.1 三階環(huán)節(jié)
4.2.2 滯后環(huán)節(jié)
4.3 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖的數(shù)值表示方法
4.4 非線性系統(tǒng)的仿真
4.4.1 飽和、分段線性及失靈區(qū)非線性特性
4.4.2 間隙非線性特性
4.4.3 繼電及具有死區(qū)的繼電非線性特性
4.4.4 具有滯環(huán)的繼電非線性特性
4.4.5 具有死區(qū)和滯環(huán)的繼電非線性特性
4.5 關(guān)于仿真誤差及數(shù)值穩(wěn)定性問題
4.5.1 截?cái)嗾`差
4.5.2 舍入誤差
習(xí)題
5 采樣控制系統(tǒng)的數(shù)字仿真
5.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的仿真
5.2 數(shù)字控制器的仿真
習(xí)題
6 計(jì)算機(jī)輔助建立系統(tǒng)動態(tài)模型
6.1 用經(jīng)典時(shí)域辨識法建立對象動態(tài)數(shù)學(xué)模型
6.1.1 階躍響應(yīng)與方波響應(yīng)
6.1.2 低階傳遞函數(shù)模型的建立
6.1.3 從響應(yīng)曲線求對象的微分方程模型
6.2 用頻域法辨識系統(tǒng)模型
6.2.1 由系統(tǒng)脈沖過渡函數(shù)g（t）計(jì)算頻率特性
6.2.2 由系統(tǒng)的頻率特性擬合傳遞函數(shù)
6.3 用相關(guān)分析法辨識系統(tǒng)脈沖響應(yīng)函數(shù)
6.3.1 相關(guān)分析法的理論基礎(chǔ)
6.3.2 相關(guān)函數(shù)的實(shí)驗(yàn)求取方法
6.3.3 用白噪聲測定系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)
6.3.4 用偽隨機(jī)信號辨識脈沖響應(yīng)函數(shù)
習(xí)題
7 基于頻域的控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助分析與設(shè)計(jì)
7.1 單變量系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析
7.1.1 勞斯判據(jù)
7.1.2 霍爾維茨穩(wěn)定判據(jù)
7.2 傳遞函數(shù)的頻率特性計(jì)算
7.2.1 因式分解形式的傳遞函數(shù)頻率特性計(jì)算
7.2.2 直接計(jì)算多項(xiàng)式表示的傳遞函數(shù)頻率特性
7.2.3 系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度
7.3 基于頻域法的單變量控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)
7.3.1 基于頻域法的串聯(lián)校正原理
7.3.2 校正裝置傳遞函數(shù)的計(jì)算
7.4 多變量系統(tǒng)設(shè)計(jì)的現(xiàn)代頻域方法簡介
7.4.1 概述
7.4.2 基本概念
7.4.3 現(xiàn)代頻域方法簡介
習(xí)題
8 PID控制器的計(jì)算機(jī)仿真與輔助設(shè)計(jì)
8.1 PID控制器
8.1.1 標(biāo)準(zhǔn)PID控制算法
8.1.2 標(biāo)準(zhǔn)PID控制算法的改進(jìn)
8.1.3 連續(xù)系統(tǒng)PID控制器仿真及設(shè)計(jì)
8.1.4 數(shù)字PID控制器仿真及設(shè)計(jì)
8.2 PID控制器的參數(shù)自動整定
8.2.1 PID控制器的參數(shù)整定與自動整定
8.2.2 基于繼電反饋控制的PID控制器參數(shù)自動整定
8.2.3 示例
8.3 魯棒PID控制器參數(shù)整定
8.3.1 魯棒PID控制器參數(shù)整定思想
8.3.2 魯棒PID控制器參數(shù)整定算法
8.3.3 魯棒PID控制器示例
習(xí)題
9 基于時(shí)域的線性控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)
9.1 狀態(tài)反饋和極點(diǎn)配置
9.1.1 系統(tǒng)的狀態(tài)能控性和狀態(tài)能觀性
9.1.2 狀態(tài)反饋和輸出反饋
9.1.3 單輸入系統(tǒng)的極點(diǎn)配置
9.1.4 多輸入系統(tǒng)的極點(diǎn)配置
9.2 具有線性二次型性能指標(biāo)的最優(yōu)控制系統(tǒng)
9.2.1 概述
9.2.2 狀態(tài)調(diào)節(jié)器
9.2.3 最優(yōu)線性輸出調(diào)節(jié)器問題
9.2.4 具有期望衰減度的線性二次型調(diào)節(jié)器
9.3 魯棒控制器
9.3.1 概述
9.3.2 魯棒控制器的定義
9.3.3 魯棒控制器的存在條件
9.3.4 魯棒控制器的結(jié)構(gòu)
9.3.5 魯棒控制器的性質(zhì)
9.4 模型預(yù)測控制器
9.4.1 預(yù)測控制基本原理
9.4.2 預(yù)測控制算法介紹
9.4.3 參數(shù)選擇
9.4.4 多變量DMC算法
9.5 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的工程應(yīng)用實(shí)例之
9.5.1 造紙生產(chǎn)過程簡介
9.5.2 計(jì)算機(jī)輔助建立紙機(jī)模型
9.5.3 控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)
9.5.4 控制系統(tǒng)實(shí)施
9.6 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的工程應(yīng)用實(shí)例之二
9.6.1 常壓塔控制回路工藝
9.6.2 常壓塔先進(jìn)控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
9.6.3 常壓塔多變量預(yù)測控制器設(shè)計(jì)
9.6.4 控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)
9.6.5 控制系統(tǒng)實(shí)施
習(xí)題
10 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真軟件
10.1 CACSD簡介
10.1.1 CACSD軟件形成的歷史背景
10.1.2 CACSD的主要內(nèi)容及特點(diǎn)
10.1.3 CACSD軟件國內(nèi)外發(fā)展概況
10.2 MATLAB控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
10.2.1 MATLAB控制功能介紹
10.2.2 基于SIMULINK的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
10.2.3 MATLAB在倒擺系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
10.2.4 MATLAB類軟件介紹
10.3 SLICOT軟件
10.3.1 SLICOT功能介紹
10.3.2 算法改進(jìn)
10.3.3 性能比較
10.4 采樣控制系統(tǒng)軟件DirectSD
10.4.1 理論基礎(chǔ)
10.4.2 系統(tǒng)描述
10.4.3 最優(yōu)隨機(jī)控制
10.4.4 最優(yōu)跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
10.4.5 最優(yōu)穩(wěn)定系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例
10.5 CACSD的技術(shù)現(xiàn)狀和展望
習(xí)題
參考文獻(xiàn)