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目录1

第一章绪论1

§1-1 引言1

§1-2数字控制系统的建模2

一、采样过程2

二、系统术语2

三、例子3

四、一般采样数据系统的变量7

五、一般建模8

§1-3为什么要使用数字控制9

一、优点9

二、缺点10

§1-4数字控制系统的结构10

§1-5控制系统的分析和综合技术11

一、时域／频域11

二、随机分析12

三、辅助手段12

§1-6数字控制的交错学科13

四、设计方法13

§1-7数字控制的发展15

§1-8工程控制问题的一般性质16

§1-9本书梗概17

§1-10小结18

第二章计算机系统结构20

§2-1引言20

§2-2计算机与数20

一、数系统20

二、数系统的转换22

三、基本的计算机算术运算25

四、字母数字信息的二进制码27

§2-3计算机逻辑和布尔代数29

一、逻辑推理29

二、逻辑运算和真值表30

§2-4计算机结构34

四、控制单元36

三、处理单元（算术-逻辑单元）36

二、存储器与信息36

一、输入输出装置36

五、操作系统37

六、应用程序37

§2-5带符号数的表达与算术处理37

一、带符号二进制算术数的表达37

二、二进制加的算法40

三、浮点数的表达42

§2-6算法43

§2-7软件语言体系45

一、汇编语言46

二、程序输八器48

§ 2-8用于控制的操作系统50

§ 2-9语言选择50

§ 2-10程序开发51

§2-11 小结52

§ 3-2线性时不变（LTI）系统53

§3-1 引言53

第三章线性系统和采样过程53

§3-3采样过程（频域分析）56

§3-4理想采样器59

§3-5香农（Shannon）采样定理64

§ 3-6均匀速率采样64

§ 3-7线性差分方程的建立与求解：系统模型65

§3-8加权序列（采样数据系统）70

§3-9数据转换过程75

§3-10小结78

第四章离散系统建模79

§4-1 引言79

§4-2 Z变换的定义及求取79

§4-3 s域与z域之间的映射86

一、基本频带的映射87

二、等频线的映射88

三、等阻尼系数线的映射88

四、等阻尼比线的映射89

§4-4 Z变换定理91

§4 5 Z反变换Z-194

一、部分分式法94

二、幂级数法（长除法）98

§4-6局限性99

§4-7 系统方程的Z变换100

一、开环混合采样数据控制系统100

二、开环离散输入数据控制系统104

三、闭环采样数据控制系统104

§4-8数字计算机的传递函数107

§4-9修正Z变换法109

、求修正Z变换Zm110

二、计算e〔（k—p）T〕111

三、修正Z变换定理112

§4-10小结113

第五章连续时间控制系统的响应特性114

§5-1 引言114

§5-2二阶系统的响应特性116

一、三阶全极点对象的时间响应特性119

§5-3高阶系统的响应特性119

二、六阶对象的时间响应特性120

三、频域和时域之间的关系121

四、在频域和时域响应中控制律零、极点的关系122

五、第三个实主导根的作用125

§5-4级联补偿器的设计过程126

§5-5在单位阶跃输入下连续数字控制系统期望控制律的综合129

§5-6反馈补偿132

§5-7干扰的抑制132

§5-8小结139

第六章离散控制分析140

§6-1 引言140

§6-2 z域稳定性141

§6-3扩展z-域稳定性分析：朱里（Jury）稳定性检验144

§6-4稳定系统的稳态误差分析146

一、稳态误差系数公式147

二、稳态误差系数的计算148

三、稳态误差系数的应用149

§6-5根轨迹分析150

一、步骤概述151

二、负反馈系统根轨迹的作图规则151

三、例题152

§6-6双线性变换157

一、s平面与w平面的关系158

二、w平面中的劳斯（Routh）稳定性判据160

§6-7 s平面，z平面和w平面时间响应特性的相互关系162

§6-8频率响应165

§6-9小结170

第七章离散变换分析（近似法）172

§7-1引言172

§7-2折叠或混叠173

§7-3 s平面至z平面（或w平面）的变换方法174

§7-4 Z变换的映射近似法（或差分方程的数值解）175

一、一阶后向差分法175

二、塔斯廷（Tustin）变换法181

§7-5 伪连续时间（PCT）控制系统183

§7-6基本（无补偿）系统的分析185

一、PCT控制系统模型185

二、采样数据控制系统186

§7-7小结188

第八章信号转换原理189

§8-1引言189

§8-2定时的考虑189

§8-3转换系统190

§8-4一般的数字-模拟（D/A）转换结构191

§8-5一般的模拟-数字（A/D）转换结构194

一、基本的基准技术194

二、数据转换体制195

三、信息流结构195

四、定时结构195

五、比较器的运行195

六、数字编码195

七、标定197

§8-6模拟-数字系统198

八、混合体制198

一、同步法或闪光法（并联）199

二、反馈结构法（串联）199

三、计数器法（串联）199

四、连续法或跟踪法200

五、逐次近似法（串联）203

六、特殊的A/D转换方法204

§8-7转换器性能的测量205

§8-8采样和保持的操作206

§8-9多路传输208

§8-10集成计算机转换接口208

§8-11数字控制系统中的测量209

一、温度测量210

二、压力测量211

三、速率测量212

四、位置测量213

§8-12输入和输出的编程213

二、I/0的编程模式214

一、I/0的硬件结构214

三、中断I/0装置215

§8-13小结217

第九章随机过程218

§9-1 引言218

§9-2基本概率218

§9-3随机变量基础220

§9-4估算随机变量参数225

§9-5随机过程226

§9-6随机过程时间平均值229

§9-7线性系统对随机信号的响应230

§9-8小结231

第十章有限字长分析232

§10-1 引言232

§10 2转换器误差232

§10-3算术运算240

§10-4补偿器系数表示法245

§10-5灵敏度系数246

§10-6换算250

§10-7仿真251

§10-8量化引起的极限循环现象251

§10-9小结257

第十一章级联补偿258

§11-1 引言258

§11-2设计方法258

一、DIG（数字化）法260

二、DIR（直接）法261

§11-3葛莱明-吐鲁克塞（Guillemin-Truxal）补偿法（DIG）262

§11-4 超前级联补偿（DIG和 DIR）265

一、 s平面DIG设计266

二、w平面DIG设计268

三、z平面DIR设计269

四、频率响应特性270

§115 滞后和滞后-超前补偿器（DIG和 DIR）272

、 滞后补偿272

二、 滞后超前补偿275

三、 PID控制器276

§11-6 应用求均方误差最小值的频域补偿设计278

§11-7数字滤波器280

§11-8数字控制器的软件285

一、 数字控制系统的程序执行286

二、 数据输入289

三、 滤波器程序（简单二阶滤波器）293

四、 数据输出293

五、 重要实现的注释293

§11-9 非周期响应294

§11-10 小结295

第十二章 反馈补偿296

§12-1 引言296

§12-2一般分析297

§12-3 DIR法299

一、葛莱明-吐鲁克塞法299

二、 根轨迹法300

§12-4 DIG法301

一、DIG法304

§12-5有害干扰304

二、DIR法307

§12-6小结307

第十三章数字控制系统软件工程309

§13-1引言309

§13-2软件品质309

§13-3要求分析311

一、 数据流图（DFD）311

二、DFD的形成313

§13-4 软件设计316

一、 模块的耦合317

二、 模块的内聚320

三、设计方法322

四、 启发式设计325

五、变换分析326

六、 事务分析329

七、 其它设计方法330

一、 程序控制结构331

§13-5结构程序设计331

二、 结构编程应用336

三、 编程风格336

§13-6 软件测试339

一、 测试方法340

二、 调试341

§13-7 小结342

§14-1 引言343

第十四章 数字控制的实时操作系统343

§14-2 实时操作系统的要求344

§14-3输入输出管理344

§14-4 任务调度345

§14-5存储管理347

§14-6实时操作系统的一些例子349

一、 简单实时操作系统349

二、 扩展的实时操作系统351

三、 有I/O中断的实时操作系统352

四、 有辅助存储器的实时操作系统352

五、 存储器分区的实时操作系统355

§14-7公共资源的存取356

六、 其它实时操作系统356

§14-8监视计时器359

§14-9采样时间的选择360

一、单速率采样360

二、 多速率采样361

§14-10实时操作系统的用户接口362

§14-11 小结362

§15-2连续数据控制系统状态变量表示法364

第十五章离散状态变量建模364

§15-1 引言364

§15-3采样数据控制系统的时间域状态方程和输出方程370

§15-4离散时间单输入单输出系统时间域的状态变量表示法373

一、相位变量法373

二、规范-变量法378

三、物理-变量法383

四、 状态转移方程385

五、 状态变量表示法小结386

§15-5 z域中采样数据控制系统状态变量的表示法387

§15-6系统稳定性392

§15-7采样间隔之间的时间响应395

§15-8状态变量反馈：参数不敏感性396

一、 状态反馈连续时间控制系统397

二、 状态反馈H等效数字控制系统400

三、设计步骤403

§15-9 小结405

习题406

部分习题答案440

附录459

附录A傅里叶变换459

附录B卷积462

附录C帕德（Pade）近似法463

附录E数字和连续控错系统分析与综合的交互式467

计算机辅助设计（CAD）程序467

附录D幂级数468

附录F PDP—11/LSI—11汇编语言472