《数字控制系统》求取 ⇩

1．绪论1

目录1

A 过程和过程计算机5

2．数字计算机控制（过程计算机、微处理机）5

3．离散时间系统9

3.1　离散时间信号9

3.1.1　离散时间函数 差分方程9

3.1.2　脉冲序列12

3.2　离散时间函数的拉氏变换13

3.2.1　拉氏变换13

3.2.2　采样定理13

3.2.3　保持元件15

3.3.1 z变换概述16

3.3 z变换16

3.3.2 z变换定理17

3.3.3 z反变换17

3.4 卷积和与z传递函数17

3.4.1 卷积和17

3.4.2 脉冲传递函数和z传递函数18

3.4.3 z传递函数的性质20

3.5 极点和稳定性22

3.5.1 z平面中极点的位置22

3.5.2 稳定条件24

3.5.3 经过双线性变换的稳定准则24

3.6 状态变量表达法25

3.7.1 工艺过程的基本类型34

3.7 过程的数学模型34

3.7.2 从连续时间模型确定离散时间模型36

3.7.3 离散时间信号过程模型的简化40

3.7.4 过程模型化和过程识别43

B 确定性扰动的控制系统45

4．确定性控制系统45

5．参数最优化调节器50

5.1 连续PID调节器微分方程的离散化50

5.2 低阶参数最优化离散控制算法51

5.2.1　一阶和二阶控制算法53

5.2.2　规定初始操作变量的控制算法56

5.3　离散PID控制算法的修正57

5.4　仿真结果58

5.4.1　试验过程59

5.4.2　二阶控制算法的仿真结果60

5.5　参数最优化控制算法采样周期的选择71

5.6　参数最优化控制算法的整定规则73

6．相消调节器79

7.有限回复时间调节器（临界阻尼）82

7.1　普通阶次的临界阻尼调节器82

7.2　增加阶次的临界阻尼调节器85

7.3　临界阻尼调节器采样周期的选择88

8．状态调节器90

8.1　对初始值最优的状态调节器90

8.2　对外扰动最优的状态调节器97

8.3　给定特征方程的状态调节器100

8.4　模式状态控制101

8.5　有限回复时间状态调节器（临界阻尼）105

8.6　状态观测器106

8.7　有观测器的状态调节器108

8.7.1　初始值观测器109

8.7.2　外扰动观测器110

8.8　降维状态观测器116

8.9　加权矩阵和采样周期的选择119

8.9.1　状态调节器和观测器的加权矩阵119

8.9.2　采样周期的选择120

9．用于大死时过程的调节器121

9.1　有死时过程的模型121

9.2　用于有死时过程的确定性调节器122

9.2.1　有大死时和附加动特性的过程122

9.2.2　纯死时过程123

9.3　不同调节器用于有死时过程的控制性能和灵敏度的比较126

10．恒定调节器控制参数可变过程133

10.1　闭环系统的灵敏度133

10.2　参数大范围变化过程的控制137

11．克服确定性扰动的各种调节器的比较139

11.1　调节器结构比较：极点和零点139

11.1.1　规定极点的一般线性调节器140

11.1.2　低阶参数最优调节器141

11.1.3　一般相消调节器142

11.1.4　临界阻尼调节器142

11.1.5　预估调节器143

11.1.6　状态调节器144

11.2　比较性能用的特征值146

11.3　控制算法性能比较147

11.4　动态控制因子的比较154

11.5　控制算法使用小结158

C　随机扰动的控制系统160

12．随机控制系统160

12.1　初步介绍160

12.2　随机信号过程的数学模型160

12.2.1　基本定理160

12.2.2　马尔柯夫信号过程162

12.2.3　标量随机差分方程163

13．随机扰动参数最优调节器165

14．随机扰动最小方差调节器167

14.1　无死时过程的广义最小方差调节器167

14.2　有死时过程的广义最小方差调节器172

14.3　无余差最小方差调节器175

14.3.1　附加积分作用项175

14.3.2　控制偏差的最小化176

14.4　纯死时过程的最小方差调节器176

14.5　最小方差调节器的仿真结果177

15．随机扰动状态调节器181

15.1　对自噪声最优状态调节器181

15.2　有状态估计对白噪声最优的状态调节器183

15.3　有状态估计对外扰动最优的状态调节器184

15.4　状态估计（卡尔曼滤波器）187

15.4.1　两个向量测量值的加权平均189

15.4.2　向量状态的递推估计190

16．串级控制系统194

D　多回路控制系统194

17．前馈控制199

17.1　相消前馈控制200

17.2　参数最优前馈控制202

17.2.1　不规定操作变量初始值的参数最优前馈控制202

17.2.2　规定操作变量初始值的参数最优前馈控制202

17.3　状态变量前馈控制205

17.4　最小方差前馈控制205

E　多变量控制系统208

18．多变量过程的结构208

18.1　传递函数表达法的结构特性208

18.1.1　正则结构208

18.1.2　特征方程与耦合因子211

18.1.4　主调节器的相互作用214

18.1.3　外部信号的影响214

18.1.5　矩阵多项式表达法216

18.2　状态表达法的结构特性216

19．参数最优化多变量控制系统220

19.1　不带耦合调节器的主调节器参数最优化221

19.1.1　稳定域222

19.1.2　调节器参数最优化和双变量调节器整定规则225

19.2　用（无互作用的）耦合调节器解耦227

19.3　主调节器和耦合调节器的参数最优化230

20．多变量矩阵多项式控制系统231

20.1　一般矩阵多项式调节器231

20.2　矩阵多项式临界阻尼调节器231

20.3　矩阵多项式最小方差调节器232

21．多变量状态控制系统234

21.1　多变量极点配置状态调节器234

21.2　多变量矩阵黎卡提状态调节器234

21.3　多变量解耦状态调节器234

21.4　多变量最小方差状态调节器235

F　基于过程识别的自适应控制系统236

22．自适应控制系统——简短的回顾236

23．动态过程和随机信号的在线识别238

23.1　过程和信号模型238

23.2　递推最小二乘法（RLS）239

23.2.1　动态过程239

23.2.2　随机信号243

23.3　递推扩充最小二乘法（RELS）244

23.4　递推辅助变量法（RIV）245

23.5　递推最大似然法（RML）245

23.6　随机近似法（STA）248

23.7　一种统一的递推参数估计法248

23.8　递推参数估计法的数值修正250

24．闭环识别252

24.1　无扰动时的参数估计252

24.1.1　间接过程识别（情况a＋c＋e）253

24.1.2　直接过程识别（情况b＋d＋e）256

24.2　有扰动时的参数估计258

24.3　闭环参数估计法259

24.3.2　无扰动直接过程识别260

24.3.3　有扰动直接过程识别260

24.3.1　无扰动间接过程识别260

25．参数自适应调节器261

25.1　概述261

25.2　适合的控制算法264

25.2.1　临界阻尼控制算法264

25.2.2　最小方差调节器264

25.2.3　参数最优调节器266

25.2.4　极点配置的一般线性调节器268

25.2.5　状态调节器268

25.3　参数估计和控制算法（单输入、单输出）的适当组合269

25.3.1　确定等价参数自适应调节器269

25.3.2　随机参数自适应调节器273

25.4　不同的参数自适应调节器通过仿真的比较276

25.3.3　确定性参数自适应调节器276

25.5　一些先验因子的选择284

25.6　应用举例285

25.6.1　空气加热器的自适应控制285

25.6.2　pH过程的自适应控制285

25.7　参数自适应前馈控制289

25.8　参数自适应多变量调节器291

G　应用过程计算机和微型机的数字控制297

26．幅值整量化对数字控制的影响297

26.1　产生整量化效应的原因297

26.1.1　模拟输入297

26.1.2　中央处理单元（CPU）298

26.1.3　模拟输出299

26.2.1　变量的整量化效应300

26.2　各种整量化效应300

26.2.2　系数的整量化效应303

26.2.3　中间结果的整量化效应303

27．扰动的滤波306

27.1　控制系统中的噪声源和噪声频谱306

27.2　模拟滤波308

27.3　数字滤波309

27.3.1　低通滤波器310

27.3.2　高通滤波器312

27.3.3　特殊滤波器313

28．控制算法和执行机构的组合316

29．计算机辅助设计控制算法323

30.1　热交换器的数字控制326

30．识别和数字控制的实例326

30.2　回转干燥器的数字控制328

30.3　蒸汽锅炉的数字控制336

30.3.1　两输入／两输出过程识别和参数最优调节器的计算机辅助设计336

（程序包OLID-MIMO，CADCA-MIMO，CAFCA-SISO）336

30.3.2　可代替的单输入／单输出自整定控制337

（程序包ADREG）337

30.3.3　两输入／两输出自适应控制337

（程序包MACS）337

30.4　结论341

附录343

缩写和符号一览表348

参考文献351

术语索引360