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第一章　绪论1

§1-1　计算机控制系统概述1

目录1

§1-2　计算机控制系统的发展简况2

§1-3　典型计算机控制系统的组成及特点3

1．典型计算机控制系统的组成3

2．计算机控制系统中的信号特点4

第二章　采样与Z变换理论6

§2-1　采样定理及讨论6

1．采样定理6

2．重构式的讨论及脉冲采样概念7

3．脉冲调制函数f*（t）的频率特性F*（jω）、星号变换及运算法则9

5．采样定理的一些推广11

4．应用采样定理的实际困难11

§2-2　实际采样保持结构12

1．实际的采样过程12

2．采样保持装置与τ因子的消失13

3．关于零阶保持器15

§2-3　采样频率的选取18

1．根据闭环频带ω？选取ωs18

2．按系统的开环传递函数G（s）选取ωs19

3．由阶跃响应上升时间tr选取T20

4．生产过程的经验选取21

§2-4 Z变换21

1．Z变换的定义21

2．由F（s）求F（z）的方法24

1．线性性质26

§2-5 Z变换的性质和定理26

2．平移定理27

3．复域尺度变换定理28

4．差分Z变换定理28

5．叠分Z变换定理29

6．初值定理30

7．终值定理30

8．复域微分定理31

9．复域积分定理33

10．时域折积定理34

11．复域折积定理34

14．周期序列的Z变换35

12．参数偏微分定理35

13．参数极限定理35

15．时域尺度变换定理36

16．倍速定理37

17．分速定理38

§2-6 Z反变换42

1．幂级数展开法42

2．部分分式展开法43

3．反演积分法44

4．求Z反变换的极限形式45

§2-7　用Z变换对求解差分方程46

1．ADC51

§3-1　典型系统环节的数学模型51

第三章　计算机控制系统的描述与分析51

2．计算机算法52

3．DAC53

§3-2 Z域传递函数（或输出）的计算58

1．简单的串、并、反馈结构59

2．梅森公式在混合系统中的应用62

3．由环节的权序列计算Z传递函数66

4．系统环节以状态空间方式给出68

§3-3　求离散状态空间表达式70

1．差分方程的状态实现70

2．Z传递函数的状态实现72

3．关于状态实现的进一步讨论77

4．由连续状态空间模型到离散状态空间模型80

§3-4　计算机控制系统的稳定性分析84

1．概述84

2．平面映射？和G？G（z）与G（？）极、零点关系85

3．判断稳定性的劳斯（Routh）判据88

4．雷伯尔（Raibel）稳定判据89

5．修正的舒尔—科恩（Schur-Cohn）判据91

6．乃奎斯特（Nyquist）判据92

7．根轨迹法93

8．李雅普诺夫（Ляпунов）方法95

§3-5　计算机控制系统的系统误差分析96

1．对于参考输入的静态系统误差96

2．e？和K？与对应的连续系统的关系98

3．动态误差级数与动态误差系数100

4．对干扰输入的静态系统误差102

§3-6　计算机控制系统的整量化误差分析102

1．ADC量化误差的影响103

2．乘法算法误差e？（k）的影响104

3．系数存贮误差△？的影响104

4．关于字长问题106

§3-7　数字死带与极限环108

1．计算机算法的取整模型108

2．死带109

3．极限环111

4．死带与极限环的消除117

1．修正Z变换（M-Z-T）118

§3-8　修正Z变换在计算机控制系统分析中的应用118

2．用M-Z-T分析采样点之间的值120

3．用M-Z-T分析具有纯时延的系统121

4．非同步采样、程序时延等的处理122

§3-9　双速采样系统分析123

1．开关分解分析法124

2．用倍速、分速定理分析双速系统128

第四章　计算机控制系统设计（一）—模拟设计法134

§4-1　连续环节离散化的一般问题134

1．加虚拟保持器的Z变换方法135

2．近似Z型代换离散方法139

3．w平面转折点对应离散法144

5．极零点匹配变换法145

4．脉冲不变法145

6．离散化应用：计算机控制系统数字仿真146

§4-2　数字PID控制器147

§4-3　具有纯时延系统的设计148

1．大林数字控制器设计149

2．史密斯数字控制器设计151

§4-4　近似连续模型设计法152

§4-5　零阶保持器的补偿器设计154

1．同速补偿器的设计154

2．倍速补偿器的设计154

§4-6　伯德图与根轨迹设计155

1．伯德图设计法155

2．根轨迹法设计156

1．准则与基本关系158

第五章　计算机控制系统设计（二）——离散设计法158

§5-1　采样点无差最速跟踪系统设计158

2．对W？（z）的要求和基本设计结果159

3．最小拍系统的响应特性160

4．保证最小拍数字控制器因果性的条件163

5．保证最小拍系统闭环稳定的附加条件164

6．驱动器的饱和问题166

7．最小拍系统的中间设计166

8．最小时延复现系统167

§5-2　最小拍系统的附加极点修正168

§5-3　最速完全无差跟踪系统设计169

2．点间波动的根源和无纹波控制系统设计170

1．最小拍系统的采样点间分析170

3．无纹波系统对输入的适应性173

§5-4　复合控制系统设计173

1．引自参考输入的前馈控制174

2．引自干扰输入的前馈控制175

§5-5　极点配置设计176

1．简单反馈结构的极点配置设计176

2．前馈、反馈结构的极点配置设计180

§5-6　输出最小方差控制系统184

1．平稳随机序列的自噪声表示184

2．最小方差控制187

1．状态可控性191

§6-1　可控性与可观性191

第六章　计算机控制系统设计（三）——状态空设计法191

2．输出可控性192

3．状态可观性192

§6-2　状态模型的最小拍系统设计193

1．按阶跃矢量输入设计194

2．按速度矢量输入设计195

§6-3　状态模型的无纹波设计197

1．按阶跃矢量输入设计197

2．按速度矢量输入设计202

§6-4　最速调节系统206

1．开环控制方案207

2．状态反馈方案208

§6-5　最小能耗调节系统210

§6-6　二次性能指标最优控制212

1．变分方法213

2．动态规划法215

3．N＝∞和闭环稳定性219

§6-7　状态反馈极点配置设计221

1．零状态调节系统221

2．输出恒定目标调节系统225

3．干扰存在时的极点配置设计226

4．不完全状态反馈与极点配置226

§6-8　状态观测器与状态反馈227

2．渐近预卜状态观测器228

1．开环观测器228

3．渐近现行状态观测器233

4．降阶观测器235

5．状态计算器237

6．最优状态观测器——卡尔曼滤波器239

第七章　系统的参数辨识242

§7-1　最小二乘辨识的一般原理242

1．一次参数辨识公式243

2．最小二乘辨识结果的讨论244

3．递推参数辨识245

4．递推初值的简化处理246

5．简单的阶检验247

§7-2　时变参数的辨识247

1．基本最小二乘法的困难249

§7-3　修正最小二乘辨识249

2．广义最小二乘辨识251

3．多级最小二乘辨识253

§7-4　权序列的辨识256

1．模型假定256

2．g？的最小二乘解257

3．用相关分析法求解g？258

4．最小二乘解和相关解的关系259

5．由估计的权序列求a？、b？260

6．双输入、双输出对象的权序列辨识262

7．权序列的实际测试263

§7-5 闭环参数辨识和简单的自适应控制269

1．闭环参数辨识的条件270

2．最小方差自校正控制272

3．设定的预报模型的辨识274

4．极点配置自校正控制276

附录（一） 单板机简单介绍278

1．TP—801的基本组成278

2．TP—801的技术指标与功能简介279

3．重要片子简介280

4．Z80指令系统291

5．操作要点302

6．简单控制程序结构302

附录（二）习题305

附录（三）Z变换（单边）简表331

附录（四）参考资料334