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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