《控制系统的数字仿真及计算机辅助设计》

目录1

第一章　概论1

§1.1　仿真技术概述1

1.1.1　仿真技术简介1

1.1.2　仿真技术的应用与发展3

§1.2　计算机辅助设计控制系统的形成与发展4

第二章　连续系统数学模型表示方法及实现6

§2.1　连续系统的数学模型表示方法6

2.1.1　连续时间模型6

2.1.2　离散时间模型7

2.1.3　连续一离散混合模型8

2.1.4　数学模型之间的转换9

§2.2　实现问题11

2.2.1　可控标准型11

2.2.2　可观标准型13

2.2.3　对角标准型16

2.2.4　若当标准型17

第三章　连续系统离散化方法20

§3.1　引言20

3.1.1　解析解与数值解20

3.1.2　常微分方程初值问题和边值问题20

3.1.3　线性常微分方程组的稳定性21

3.1.4　病态微分方程组23

3.1.5　数值解的稳定性23

3.1.6　数值计算中误差的来源28

§3.2　数值分析方法28

3.2.1　化导数为差商的方法29

3.2.2　泰勒展式法29

§3.3　常用的数值积分法30

3.2.3　数值积分法30

3.3.1　单步法31

3.3.2　多步法35

3.3.3　预估—校正方法36

3.3.4　数值积分方法的选择38

§3.4　离散相似法离散连续系统39

3.4.1　连续系统状态方程的离散化39

3.4.2　连续系统传递函数的离散化43

3.4.3　快速数字仿真算法44

3.4.4　信号重构46

3.4.5　保持器的传递函数及其频率特性49

3.4.6　离散相似模型的修正55

4.1.2　面向系统结构图的数字仿真58

4.1.1　面向闭环系统微分方程的数字仿真58

§4.1　仿真模型的结构58

第四章　连续控制系统的仿真58

§4.2　典型环节的离散化系数及其差分方程61

§4.3　控制系统结构的数值表示方法64

§4.4　非线性系统的仿真68

§4.5　关于仿真误差及数值稳定性问题74

第五章　采样控制系统的数字仿真77

§5.1　计算机控制系统的仿真77

§5.2　数字控制器的仿真78

§5.3　差分方程的仿真79

第六章　计算机辅助建立系统动态模型81

§6.1　用经典时域辨识法建立数学模型81

6.1.1　阶跃响应与方波响应81

6.1.2　低阶传递函数模型的建立83

6.1.3　从响应曲线求对象的微分方程模型87

6.2.1　由系统脉冲过渡函数g（t）计算频率特性91

§6.2　用频域法辨识系统模型91

6.2.2　由系统的频率特性拟合传递函数93

§6.3　用相关分析法辨识系统脉冲响应函数100

6.3.1　相关分析法的理论基础102

6.3.2　相关函数的实验求取方法103

6.3.3　用白噪声测定系统的脉冲响应104

6.3.4　用伪随机信号来辨识脉冲响应函数105

第七章　基于频率域的控制系统计算机辅助分析与设计108

§7.1　单变量系统的稳定性分析108

7.1.1　劳斯（Routh）判据108

7.1.2　霍尔维茨（Hurwitz）稳定判据111

§7.2　传递函数的频率特性计算112

7.2.1　因式分解形式的传递函数频率特性计算112

7.2.2　直接计算多项式表示的传递函数频率特性114

7.2.3　系统的稳定裕度115

§7.3　基于频域法的单变量控制系统计算机辅助设计117

7.3.1　基于频域法的串联校正原理117

7.3.2　校正装置传递函数的计算118

§7.4　多变量系统设计的现代频域方法简介122

7.4.1　概述122

7.4.2　基本概念122

7.4.3　现代频域方法简介125

第八章　基于时间域的线性控制系统计算机辅助设计130

§8.1　状态反馈和极点配置130

8.1.1　系统的状态能控性和状态能观性130

8.1.2　状态反馈和输出反馈131

8.1.3　单输入系统的极点配置132

8.1.4　多输入系统的极点配置133

§8.2　具有线性二次型性能指标的最优控制系统133

8.2.1　概述133

8.2.2　状态调节器135

8.2.3　最优线性输出调节器问题138

8.2.4　具有期望衰减度的线性二次型调节器140

§8.3　鲁棒控制器141

8.3.1　概述141

8.3.2　鲁棒控制器的定义142

8.3.3　鲁棒控制器的存在条件143

8.3.4　鲁棒控制器的结构143

8.3.5　鲁棒控制器的性质145

§8.4　计算机辅助设计控制系统的工程应用实例146

8.4.1　造纸生产过程简介146

8.4.2　计算机辅助建立纸机模型147

8.4.3　控制系统计算机辅助设计148

8.4.4　控制系统实施153

§9.1　简介155

第九章　计算机辅助控制系统设计155

§9.2　CAD技术和CAD软件的发展158

9.2.1　CAD技术158

9.2.2　CAD软件159

§9.3　MATLAB类CACSD软件包161

9.3.1　CTRL-C162

9.3.2 MATRIXx168

9.3.3 CONTROL.Lab175

9.3.4 PC-MATLAB176

9.3.5 MATLAB工具箱178

§9.4 其它设计软件179

9.4.1 CADACS（KEDDC）179

9.4.2 L-A-S182

§9.5 CACSD工具综述183

§9.6 CACSD软件展望184

参考文献186