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第1章 基本的PID控制1

1.1 PID控制原理1

1.2连续系统的模拟PID仿真2

1.2.1基本的PID控制2

1.2.2线性时变系统的PID控制8

1.3数字PID控制12

1.3.1位置式PID控制算法12

1.3.2连续系统的数字PID控制仿真13

1.3.3离散系统的数字PID控制仿真19

1.3.4增量式PID控制算法及仿真25

1.3.5积分分离PID控制算法及仿真27

1.3.6抗积分饱和PID控制算法及仿真32

1.3.7梯形积分PID控制算法35

1.3.8变速积分PID算法及仿真35

1.3.9带滤波器的PID控制仿真39

1.3.10不完全微分PID控制算法及仿真45

1.3.11微分先行PID控制算法及仿真49

1.3.12带死区的PID控制算法及仿真52

1.3.13基于前馈补偿的PID控制算法及仿真56

1.3.14步进式PID控制算法及仿真59

1.3.15 PID控制的方波响应61

1.3.16基于卡尔曼滤波器的PID控制64

1.4 S函数介绍73

1.4.1 S函数简介73

1.4.2 S函数使用步骤73

1.4.3 S函数的基本功能及重要参数设定73

1.4.4实例说明74

1.5 PID研究新进展74

第2章 PID控制器的整定76

2.1概述76

2.2基于响应曲线法的PID整定76

2.2.1基本原理76

2.2.2仿真实例77

2.3基于Ziegler-Nichols的频域响应PID整定81

2.3.1连续Ziegler-Nichols方法的PID整定81

2.3.2仿真实例81

2.3.3离散Ziegler-Nichols方法的PID整定84

2.3.4仿真实例84

2.4基于频域分析的PD整定88

2.4.1基本原理88

2.4.2仿真实例88

2.5基于相位裕度整定的PI控制91

2.5.1基本原理91

2.5.2仿真实例94

2.6基于极点配置的稳定PD控制95

2.6.1基本原理95

2.6.2仿真实例96

2.7基于临界比例度法的PID整定98

2.7.1基本原理98

2.7.2仿真实例99

2.8一类非线性整定的PID控制101

2.8.1基本原理101

2.8.2仿真实例103

2.9基于优化函数的PID整定105

2.9.1基本原理105

2.9.2仿真实例105

2.10基于NCD优化的PID整定107

2.10.1基本原理107

2.10.2仿真实例107

2.11基于NCD与优化函数结合的PID整定111

2.11.1基本原理111

2.11.2仿真实例111

2.12传递函数的频域测试113

2.12.1基本原理113

2.12.2仿真实例114

第3章 时滞系统的PID控制117

3.1单回路PID控制系统117

3.2串级PID控制117

3.2.1串级PID控制原理117

3.2.2仿真实例118

3.3纯滞后系统的大林控制算法122

3.3.1大林控制算法原理122

3.3.2仿真实例122

3.4纯滞后系统的Smith控制算法124

3.4.1连续Smith预估控制125

3.4.2仿真实例126

3.4.3数字Smith预估控制128

3.4.4仿真实例129

第4章 基于微分器的PID控制134

4.1基于全程快速微分器的PID控制134

4.1.1全程快速微分器134

4.1.2仿真实例134

4.2基于Levant微分器的PID控制143

4.2.1 Levant微分器143

4.2.2仿真实例144

第5章 基于观测器的PID控制156

5.1基于慢干扰观测器补偿的PID控制156

5.1.1系统描述156

5.1.2观测器设计156

5.1.3仿真实例157

5.2基于干扰观测器的PID控制162

5.2.1干扰观测器基本原理162

5.2.2干扰观测器的性能分析164

5.2.3干扰观测器鲁棒稳定性166

5.2.4低通滤波器Q（s）的设计167

5.2.5仿真实例168

5.3基于扩张观测器的PID控制172

5.3.1扩张观测器的设计172

5.3.2扩张观测器的分析173

5.3.3仿真实例175

5.4基于输出延迟观测器的PID控制189

5.4.1系统描述189

5.4.2输出延迟观测器的设计189

5.4.3延迟观测器的分析190

5.4.4仿真实例191

第6章 自抗扰控制器及其PID控制201

6.1非线性跟踪微分器201

6.1.1微分器描述201

6.1.2仿真实例201

6.2安排过渡过程及PID控制205

6.2.1安排过渡过程205

6.2.2仿真实例206

6.3基于非线性扩张观测器的PID控制212

6.3.1系统描述212

6.3.2非线性扩张观测器212

6.3.3仿真实例213

6.4非线性PID控制225

6.4.1非线性PID控制算法225

6.4.2仿真实例225

6.5自抗扰控制228

6.5.1自抗扰控制结构228

6.5.2仿真实例228

第7章 PD鲁棒自适应控制239

7.1挠性航天器稳定PD鲁棒控制239

7.1.1挠性航天器建模239

7.1.2 PD控制器的设计240

7.1.3仿真实例240

7.2基于名义模型的机械手PI鲁棒控制245

7.2.1问题的提出245

7.2.2鲁棒控制律的设计246

7.2.3稳定性分析246

7.2.4仿真实例247

7.3基于Anti-windup的PID控制255

7.3.1 Anti-windup基本原理255

7.3.2基于Anti-windup的PID控制255

7.3.3仿真实例256

7.4基于PD增益自适应调节的模型参考自适应控制259

7.4.1问题描述259

7.4.2控制律的设计与分析260

7.4.3仿真实例261

第8章 模糊PD控制和专家PID控制270

8.1倒立摆稳定的PD控制270

8.1.1系统描述270

8.1.2控制律设计270

8.1.3仿真实例271

8.2基于自适应模糊补偿的倒立摆PD控制274

8.2.1问题描述274

8.2.2自适应模糊控制器设计与分析275

8.2.3稳定性分析276

8.2.4仿真实例277

8.3基于模糊规则表的模糊PD控制284

8.3.1基本原理284

8.3.2仿真实例285

8.4模糊自适应整定PID控制288

8.4.1模糊自适应整定PID控制原理288

8.4.2仿真实例291

8.5专家PID控制296

8.5.1专家PID控制原理296

8.5.2仿真实例297

第9章 神经PID控制301

9.1基于单神经元网络的PID智能控制301

9.1.1几种典型的学习规则301

9.1.2单神经元自适应PID控制301

9.1.3改进的单神经元自适应PID控制302

9.1.4仿真实例303

9.1.5基于二次型性能指标学习算法的单神经元自适应PID控制305

9.1.6仿真实例306

9.2基于RBF神经网络整定的PID控制309

9.2.1 RBF神经网络模型309

9.2.2 RBF网络PID整定原理310

9.2.3仿真实例311

9.3基于自适应神经网络补偿的倒立摆PD控制316

9.3.1问题描述316

9.3.2自适应神经网络设计与分析316

9.3.3仿真实例319

第10章 基于遗传算法整定的PID控制325

10.1遗传算法的基本原理325

10.2遗传算法的优化设计326

10.2.1遗传算法的构成要素326

10.2.2遗传算法的应用步骤326

10.3遗传算法求函数极大值327

10.3.1二进制编码遗传算法求函数极大值327

10.3.2实数编码遗传算法求函数极大值331

10.4基于遗传算法的PID整定334

10.4.1基于遗传算法的PID整定原理335

10.4.2基于实数编码遗传算法的PID整定337

10.4.3基于二进制编码遗传算法的PID整定341

10.4.4基于自适应在线遗传算法整定的PD控制347

10.5基于摩擦模型补偿的PD控制352

10.5.1摩擦模型辨识352

10.5.2仿真实例353

第11章 伺服系统PID控制359

11.1基于LuGre摩擦模型的PID控制359

11.1.1伺服系统的摩擦现象359

11.1.2伺服系统的LuGre摩擦模型359

11.1.3仿真实例360

11.2基于Stribeck摩擦模型的PID控制362

11.2.1 Stribeck摩擦模型描述362

11.2.2一个典型伺服系统描述363

11.2.3仿真实例364

11.3伺服系统三环的PID控制371

11.3.1伺服系统三环的PID控制原理371

11.3.2仿真实例372

11.4二质量伺服系统的PID控制375

11.4.1二质量伺服系统的PID控制原理375

11.4.2仿真实例377

11.5伺服系统的模拟PD+数字前馈控制379

11.5.1伺服系统的模拟PD+数字前馈控制原理379

11.5.2仿真实例380

第12章 迭代学习PID控制382

12.1迭代学习控制方法介绍382

12.2迭代学习控制基本原理382

12.3基本的迭代学习控制算法383

12.4基于PID型的迭代学习控制383

12.4.1系统描述383

12.4.2控制器设计384

12.4.3仿真实例384

第13章 其他控制方法的设计与仿真390

13.1单级倒立摆建模390

13.2倒立摆PD控制391

13.2.1系统描述391

13.2.2仿真实例391

13.3单级倒立摆的全状态反馈控制394

13.3.1系统描述394

13.3.2全状态反馈控制395

13.3.3仿真实例395

13.4输入/输出反馈线性化403

13.4.1系统描述403

13.4.2控制律设计404

13.4.3仿真实例404

13.5倒立摆反演控制408

13.5.1系统描述408

13.5.2控制律设计408

13.5.3仿真实例409

13.6倒立摆滑模控制413

13.6.1问题描述413

13.6.2控制律设计413

13.6.3仿真实例414

13.7自适应鲁棒控制419

13.7.1问题的提出419

13.7.2自适应控制律的设计419

13.7.3仿真实例420

13.8单级倒立摆的H∞控制427

13.8.1系统描述427

13.8.2 H∞控制器要求428

13.8.3基于Riccati方程的H∞控制429

13.8.4基于LMI的H∞控制429

13.8.5仿真实例431

13.9基于GUI的倒立摆控制动画演示438

13.9.1 GUI介绍438

13.9.2演示程序的构成439

13.9.3主程序的实现439

13.9.4演示界面的GUI设计439

13.9.5演示步骤440

第14章 PID实时控制的C++语言设计及应用442

14.1控制系统仿真的C++实现442

14.2基于C++的三轴飞行模拟转台伺服系统PID实时控制444

14.2.1控制系统构成445

14.2.2实时控制程序分析445

14.2.3仿真实例449

附录A常用符号说明459

参考文献460