自动控制系统设计与实现

《自动控制系统设计与实现》系统地介绍了自动控制系统的设计原理及实现方法，旨在使读者理解自动控制系统分类、数学模型及性能指标等基本理论，掌握PID控制、频率法校正、参考模型校正、极点配置、状态观测器及二次型很优控制等经典控制器的原理与设计方法，为培养学生的科学实验和工程实践能力奠定基础。为了便于学生理解掌握，《自动控制系统设计与实现》根据作者多年的教学实践经验，结合实际案例对自动控制系统的设计与实现进行详细阐述，力争将理论知识与实践结合，引导学生提升知识应用能力，提高分析、解决问题的能力。本书概念清楚，叙述简练，可动化、检测技术与自动化装置、电子信息工程、计算机科学与技术、通信工程等信息类专业高年级本科生和研究生的教材，也可供从事自动控制系统工程的专业技术人员参考。

前言
第1章 绪论 1
1.1自动控制系统的基础结构 2
1.2自动控制系统的分类 4
1.2.1开环控制系统和闭环控制系统 4
1.2.2恒值控制系统和随动控制系统 4
1.2.3线性控制系统和非线性控制系统 5
1.2.4定常控制系统和时变控制系统 6
1.2.5连续控制系统和离散控制系统 6
1.2.6单输入单输出控制系统和多输入多输出控制系统 7
1.3自动控制系统的数学模型 7
1.3.1自动控制系统的微分方程 8
1.3.2自动控制系统的传递函数 11
1.3.3自动控制系统的状态空间方程 21
1.4自动控制系统的性能指标 26
1.4.1自动控制系统的基本性能指标 26
1.4.2自动控制系统的典型输入信号 27
1.4.3自动控制系统的时域性能指标 30
1.4.4一阶自动控制系统的时域响应 32
1.4.5二阶自动控制系统的时域响应 35
1.5自动控制系统的设计方法 41
1.6本章小结 43
1.7课后习题 43
第 2章 PID控制器设计与实现 45
2.1 PID控制器基本原理 46
2.1.1 PID控制器组成 46
2.1.2 PID控制器控制规律 49
2.2 PID控制器设计 54
2.2.1 PID控制器结构设计 54
vi自动控制系统设计与实现
2.2.2 PID控制器参数整定 55
2.3 PID控制系统设计范例 59
2.3.1二阶系统 PID控制系统设计范例 59
2.3.2单级倒立摆 PID控制系统设计范例 62
2.3.3单容水箱 PID控制系统设计范例 66
2.3.4城市污水处理过程溶解氧浓度 PID控制系统设计范例 71
2.4本章小结 75
2.5课后习题 75
2.6程序附录 76
第 3章 超前滞后校正控制系统设计与实现 78
3.1超前滞后校正原理 79
3.1.1超前校正法原理 79
3.1.2滞后校正法原理 81
3.1.3超前滞后校正法原理 83
3.2超前滞后校正控制系统设计 84
3.2.1超前校正法设计 84
3.2.2滞后校正法设计 87
3.2.3超前滞后校正法设计 89
3.3超前校正控制系统设计范例 92
3.3.1二阶系统超前校正控制系统设计范例 92
3.3.2单级倒立摆超前校正控制系统设计范例 96
3.3.3单容水箱超前校正控制系统设计范例 99
3.3.4城市污水处理过程溶解氧浓度超前校正控制系统设计范例 103
3.4本章小结 107
3.5课后习题 108
3.6程序附录 110
第 4章 参考模型校正控制系统设计与实现 115
4.1参考模型校正控制系统原理 116
4.1.1二阶参考模型校正原理 117
4.1.2四阶参考模型校正原理 119
4.2参考模型校正控制系统设计 121
4.2.1二阶参考模型校正控制系统设计 121
4.2.2四阶参考模型校正控制系统设计 123
4.3参考模型校正控制系统设计范例 130
4.3.1二阶参考模型校正控制系统设计范例 130
4.3.2四阶参考模型校正控制系统设计范例 134
4.3.3单级倒立摆参考模型校正控制系统设计范例 138
4.3.4单容水箱参考模型校正控制系统设计范例 141
4.3.5城市污水处理过程溶解氧浓度参考模型校正控制系统设计范例 144
4.4本章小结 146
4.5课后习题 146
4.6程序附录 148
第 5章 极点配置控制系统设计与实现 154
5.1极点配置控制系统原理 155
5.1.1状态反馈极点配置控制系统原理 156
5.1.2输出反馈极点配置控制系统原理 157
5.2极点配置控制系统设计 158
5.2.1单输入单输出极点配置控制系统设计 158
5.2.2多输入多输出极点配置控制系统设计 159
5.3极点配置控制系统设计范例 163
5.3.1二阶系统极点配置控制系统设计范例 163
5.3.2单级倒立摆极点配置控制系统设计范例 166
5.3.3单容水箱极点配置控制系统设计范例 171
5.3.4城市污水处理过程溶解氧浓度极点配置控制系统设计范例 174
5.4本章小结 177
5.5课后习题 177
5.6程序附录 178
第 6章 带状态观测器的控制系统设计与实现 183
6.1状态观测器原理 184
6.1.1全维状态观测器原理 184
6.1.2降维状态观测器原理 186
6.2状态观测器设计 188
6.2.1全维状态观测器设计 188
6.2.2降维状态观测器设计 191
6.3带状态观测器的控制系统设计范例 193
6.3.1带状态观测器的二阶系统设计范例 193
6.3.2带状态观测器的单级倒立摆控制系统设计范例 196
6.3.3带状态观测器的单容水箱控制系统设计范例 199
6.3.4带状态观测器的城市污水处理过程溶解氧浓度控制系统设计范例 201
6.4本章小结 205
6.5课后习题 205
6.6程序附录 207
第 7章 线性二次型很优控制器的设计与实现 213
7.1线性二次型很优控制器原理 214
7.1.1性能指标的物理意义 214
7.1.2加权矩阵的选择方法 217
7.1.3二次型很优控制器的分类 218
7.2线性二次型很优控制器设计 219
7.2.1有限时间 LQ问题的很优解 219
7.2.2无限时间 LQ问题的很优解 225
7.3线性二次型很优控制器设计范例 230
7.3.1二阶系统线性二次型很优控制器设计范例 230
7.3.2单级倒立摆线性二次型很优控制器设计范例 234
7.3.3单容水箱线性二次型很优控制器设计范例 236
7.3.4城市污水处理过程溶解氧浓度线性二次型很优控制器设计范例 238
7.4本章小结 240
7.5课后习题 240
7.6程序附录 242