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第1章 概论 1

1.1机电系统的概念及研究价值 1

1.2机电系统计算机控制的概念及组成 1

1.3计算机控制技术的发展 2

第2章 机电系统的数学模型 4

2.1微分方程式的建立 4

2.1.1建立系统微分方程式的一般步骤 4

2.1.2典型系统微分方程的建立 5

2.2线性微分方程的拉普拉斯变换求解方法 7

2.2.1拉普拉斯变换的定义 7

2.2.2常用函数的拉普拉斯变换 8

2.2.3拉普拉斯变换的基本定理 8

2.2.4拉普拉斯反变换 9

2.2.5用拉普拉斯变换求解线性微分方程 10

2.3传递函数与方框图 11

2.3.1传递函数的定义 11

2.3.2传递函数的性质 13

2.3.3简单方框图的传递函数 13

2.4状态空间模型 20

2.4.1状态空间表达式的建立 20

2.4.2状态空间分析的MATLAB实现 23

小结 25

习题 25

第3章 线性离散控制系统的数学描述 28

3.1连续时间信号与数字信号的相互转换 28

3.1.1信号的采样 28

3.1.2采样定理及采样周期的选择 29

3.1.3采样信号的复现与采样保持器 31

3.2 Z变换与Z反变换 33

3.2.1 Z变换的定义 33

3.2.2 Z变换的基本定理 36

3.2.3 Z反变换 38

3.3差分方程及求解 43

3.3.1差分方程 43

3.3.2用Z变换求解差分方程 43

3.4脉冲传递函数 44

3.4.1脉冲传递函数的概念 44

3.4.2开环脉冲传递函数 46

3.4.3闭环脉冲传递函数 48

小结 51

习题 51

第4章 控制系统性能指标描述 53

4.1计算机控制系统的性能及其指标 53

4.1.1离散控制系统的稳定性 53

4.1.2计算机控制系统的能控性和能观测性 54

4.1.3动态指标 54

4.1.4稳态指标 55

4.1.5综合指标 55

4.2线性离散系统的稳定性分析 56

4.2.1 Z平面的稳定性条件 56

4.2.2朱利（Jury）稳定判据 57

4.2.3双线性变换的劳斯（Routh）稳定判据 58

4.3线性离散系统的稳态误差分析 60

4.4线性离散系统的动态响应分析 62

4.5线性离散系统的根轨迹分析法 65

4.5.1根轨迹图 65

4.5.2 Z平面上的等阻尼线 68

4.6线性离散系统的频率特性分析法 69

4.6.1对数频率特性 69

4.6.2极坐标频率特性 70

小结 71

习题 72

第5章 计算机控制系统的模拟化设计 73

5.1概述 73

5.2数字控制器的等价离散化设计 73

5.2.1各种离散化方法 74

5.2.2各种离散方法的比较 78

5.3对数频率特性法校正 82

5.4数字PID控制 85

5.4.1模拟PID控制规律的离散化 85

5.4.2 PID控制器的脉冲传递函数 87

5.4.3 PID控制器参数对控制系统性能的影响 88

5.4.4 PID控制规律的选择 90

5.4.5 PID控制算法的改进 91

5.4.6 PID控制参数的确定 93

小结 95

习题 95

第6章 计算机控制系统的离散化设计 96

6.1数字控制器的离散化设计法 96

6.1.1数字控制器的解析设计法 96

6.1.2时间最优控制系统 99

6.1.3有限拍无纹波系统的设计 104

6.1.4有限拍无纹波设计的改进 107

6.1.5扰动系统的有限拍设计 110

6.1.6时间最优控制系统设计小结 111

6.2纯滞后对象的控制 112

6.2.1大林算法 112

6.2.2纯滞后补偿（Smith预估）控制 115

小结 116

习题 117

第7章 计算机控制系统的现代控制理论设计 118

7.1线性离散系统的离散状态空间表达式 118

7.1.1离散状态空间表达式的建立 119

7.1.2线性离散系统的Z特征方程及Z传递矩阵 122

7.1.3线性离散系统离散状态方程的求解 124

7.2线性离散系统的可控性及可观测性 124

7.2.1离散系统的可控性 125

7.2.2离散系统的可观测性 126

7.3离散状态空间设计法 128

7.4极点配置设计法 133

7.5状态观测器设计 135

7.6降阶观测器 137

7.7线性定常离散系统二次型最优控制 138

7.7.1最优控制的基本概念 139

7.7.2线性二次型最优控制 140

小结 144

习题 144

第8章 机电控制系统的计算机辅助分析与设计 146

8.1机电系统的数学模型及其转换方法 146

8.1.1连续系统的数学描述 146

8.1.2系统模型的相互转换 149

8.1.3系统状态方程的变换与实现 154

8.1.4控制系统模型的建立与典型连接 159

8.2连续线性系统的计算机辅助分析与设计 167

8.2.1根轨迹方程 168

8.2.2用MATLAB绘制极轨迹 169

8.2.3根轨迹设计工具 170

8.3线性系统频率特性与奈奎斯特图 174

8.3.1奈奎斯特稳定判据 174

8.3.2利用奈奎斯特图来分析系统的稳定裕量 175

8.3.3利用MATLAB绘制奈奎斯特（Nyquist）曲线 176

8.3.4幅值裕量与相位裕量 177

8.4线性系统的伯德图分析 179

8.4.1伯德图 179

8.4.2伯德图的渐近线 179

8.4.3由伯德图判定系统稳定性 182

8.4.4应用MATLAB函数绘制伯德图 182

8.5基于复域与顾域的线性系统设计与校正 185

8.5.1串联超前/滞后补偿器设计 185

8.5.2比例积分微分（PID）控制 196

8.6离散系统计算机辅助分析与仿真 200

8.6.1离散系统的分析 200

8.6.2离散系统的仿真 205

第9章 机电系统动态性能的计算机仿真 208

9.1概述 208

9.2面向微分方程的连续系统仿真与MATLAB实现 208

9.2.1基于ode函数的面向微分方程的系统仿真 209

9.2.2基于M函数的面向微分方程的系统仿真 211

9.3面向传递函数的连续系统仿真 212

9.3.1面向传递函数的系统仿真 212

9.3.2面向传递函数的系统仿真的MATLAB实现 213

9.4面向结构图的连续系统仿真 215

9.4.1基于典型环节的系统仿真 215

9.4.2基于Connect连接函数的系统仿真 219

9.5 MATLAB中的系统仿真工具Simulink应用 221

9.5.1 Simulink应用简介 221

9.5.2 S-Function（S函数）应用 223

参考文献 229