PID控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)：使用MATLAB和Simulink仿真與分析

 
第1章PID控制基礎(chǔ)
1.1引言
1.2PID控制器的結(jié)構(gòu)
1.2.1比例控制器
1.2.2比例微分控制器
1.2.3比例積分控制器
1.2.4PID控制器
1.2.5商用PID控制器結(jié)構(gòu)
1.2.6進(jìn)一步思考
1.3PID控制器的經(jīng)典整定規(guī)則
1.3.1基于ZieglerNichols振蕩的整定規(guī)則
1.3.2基于一階延遲模型的整定
1.3.3進(jìn)一步思考
1.4基于模型的PID控制器的整定規(guī)則
1.4.1IMCPID控制器整定規(guī)則
1.4.2PadulaVisioli整定規(guī)則
1.4.3WangCluett整定規(guī)則
1.4.4進(jìn)一步思考
1.5整定規(guī)則評(píng)估示例
1.5.1評(píng)估整定規(guī)則的示例
1.5.2火焰加熱器控制示例
1.6小結(jié)
1.7進(jìn)一步閱讀
問(wèn)題
第2章閉環(huán)性能和穩(wěn)定性
2.1簡(jiǎn)介
2.2RouthHurwitz穩(wěn)定性判據(jù)
2.2.1閉環(huán)極點(diǎn)的確定
2.2.2穩(wěn)定性判據(jù)
2.2.3進(jìn)一步思考
2.3奈奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)
2.3.1奈奎斯特圖
2.3.2基于整定規(guī)則的PID控制器修改
2.3.3進(jìn)一步思考
2.4控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和靈敏度函數(shù)
2.4.1一自由度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
2.4.2二自由度設(shè)計(jì)
2.4.3反饋控制中的靈敏度函數(shù)
2.4.4進(jìn)一步思考
2.5給定值跟蹤和擾動(dòng)抑制
2.5.1閉環(huán)帶寬
2.5.2PID控制器的給定值跟蹤與擾動(dòng)抑制
2.5.3基于諧振控制器的給定值跟蹤與擾動(dòng)抑制
2.5.4進(jìn)一步思考
2.6擾動(dòng)抑制和噪聲衰減
2.6.1擾動(dòng)抑制與噪聲衰減的矛盾
2.6.2擾動(dòng)抑制與噪聲衰減PID控制器
2.6.3進(jìn)一步思考
2.7魯棒穩(wěn)定性和魯棒性能
2.7.1模型誤差
2.7.2魯棒穩(wěn)定性
2.7.3案例研究： 聚合物反應(yīng)器的魯棒控制
2.7.4進(jìn)一步思考
2.8小結(jié)
2.9進(jìn)一步閱讀
問(wèn)題
第3章基于模型的PID和諧振控制器設(shè)計(jì)
3.1引言
3.2PI控制器設(shè)計(jì)
3.2.1期望閉環(huán)性能指標(biāo)
3.2.2模型和控制器結(jié)構(gòu)
3.2.3不同結(jié)構(gòu)的閉環(huán)傳遞函數(shù)
3.2.4進(jìn)一步思考
3.3PID控制器的經(jīng)典整定規(guī)則
3.3.1PD控制器設(shè)計(jì)
3.3.2存在零極點(diǎn)對(duì)消的理想PID分析實(shí)例
3.3.3帶濾波器的PID控制器分析實(shí)例
3.3.4無(wú)零極點(diǎn)對(duì)消的PID控制器設(shè)計(jì)
3.3.5求解帶濾波器PID控制器的MATLAB教程
3.3.6進(jìn)一步思考
3.4諧振控制器設(shè)計(jì)
3.4.1諧振控制器設(shè)計(jì)
3.4.2穩(wěn)態(tài)誤差分析
3.4.3諧振控制器設(shè)計(jì)中的零極點(diǎn)對(duì)消
3.4.4進(jìn)一步思考
3.5前饋控制
3.5.1前饋控制的基本思想
3.5.2三彈簧雙質(zhì)塊系統(tǒng)
3.5.3進(jìn)一步思考
3.6小結(jié)
3.7進(jìn)一步閱讀
問(wèn)題
第4章PID控制器的實(shí)現(xiàn)
4.1引言
4.2PID控制器應(yīng)用方案
4.3位置式PID控制器實(shí)現(xiàn)
4.3.1穩(wěn)態(tài)信息
4.3.2PID控制器的離散化
4.3.3進(jìn)一步思考
4.4速度式PID控制器的實(shí)現(xiàn)
4.4.1PI控制器的離散化
4.4.2速度式PID控制器的離散化
4.4.3低采樣頻率下的精度提升
4.4.4進(jìn)一步思考
4.5位置形式的抗飽和實(shí)現(xiàn)
4.5.1積分器飽和情況
4.5.2位置式PI控制器的抗飽和機(jī)制
4.5.3進(jìn)一步思考
4.6速度形式的抗飽和機(jī)制
4.6.1控制信號(hào)幅值的抗飽和機(jī)制
4.6.2控制信號(hào)變化率限制
4.6.3進(jìn)一步思考
4.7PID抗飽和實(shí)現(xiàn)教程
4.8其他問(wèn)題的處理
4.8.1控制對(duì)象的啟動(dòng)
4.8.2PID控制器實(shí)現(xiàn)中量化誤差的處理
4.9小結(jié)
4.10進(jìn)一步閱讀
問(wèn)題
第5章基于擾動(dòng)觀測(cè)器的PID和諧振控制器
5.1引言
5.2基于擾動(dòng)觀測(cè)器的PI控制器
5.2.1帶有控制的擾動(dòng)估計(jì)
5.2.2PI控制器的等價(jià)
5.2.3通過(guò)估計(jì)實(shí)現(xiàn)PI控制器的MATLAB教程
5.2.4基于估計(jì)器的PI控制器示例
5.2.5進(jìn)一步思考
5.3基于擾動(dòng)觀測(cè)器的PID控制器
5.3.1比例微分控制
5.3.2增加積分作用
5.3.3PID控制器的等價(jià)
5.3.4基于擾動(dòng)觀測(cè)器的PID控制器實(shí)現(xiàn)的MATLAB教程
5.3.5基于擾動(dòng)觀測(cè)器的PID控制器示例
5.3.6進(jìn)一步思考
5.4基于擾動(dòng)觀測(cè)器的諧振控制器
5.4.1諧振控制器設(shè)計(jì)
5.4.2諧振控制器的實(shí)現(xiàn)
5.4.3諧振控制器的等價(jià)
5.4.4基于擾動(dòng)觀測(cè)器的諧振控制器實(shí)現(xiàn)的MATLAB教程
5.4.5基于擾動(dòng)觀測(cè)器的諧振控制器示例
5.4.6進(jìn)一步思考
5.5多頻諧振控制器
5.5.1在諧振控制器中加入積分作用
5.5.2增加更多周期分量
5.5.3進(jìn)一步思考
5.6小結(jié)
5.7進(jìn)一步閱讀
問(wèn)題
第6章非線性系統(tǒng)的PID控制
6.1引言
6.2非線性模型的線性化
6.2.1非線性函數(shù)的近似
6.2.2非線性微分方程的線性化
6.2.3案例研究： 耦合水箱模型的線性化
6.2.4案例研究： 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型的線性化
6.2.5進(jìn)一步思考
6.3案例研究: 板球平衡系統(tǒng)
6.3.1板球平衡系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性
6.3.2非線性模型的線性化
6.3.3PID控制器設(shè)計(jì)
6.3.4實(shí)現(xiàn)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果
6.3.5進(jìn)一步思考
6.4增益調(diào)度的PID控制系統(tǒng)
6.4.1權(quán)重參數(shù)
6.4.2由PID速度形式實(shí)現(xiàn)增益調(diào)度
6.4.3使用基于估計(jì)器的PID控制器實(shí)現(xiàn)增益調(diào)度
6.4.4進(jìn)一步思考
6.5小結(jié)
6.6進(jìn)一步閱讀
問(wèn)題
第7章串級(jí)PID控制系統(tǒng)
7.1引言
7.2串級(jí)PID控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
7.2.1串級(jí)PID控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟
7.2.3簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)舉例
7.2.3在串級(jí)結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)閉環(huán)性能不變性(近似)
7.2.4進(jìn)一步思考
7.3輸入擾動(dòng)抑制的串級(jí)控制系統(tǒng)
7.3.1擾動(dòng)抑制的頻率特性
7.3.2仿真研究
7.3.3進(jìn)一步思考
7.4執(zhí)行器非線性的串級(jí)控制系統(tǒng)
7.4.1帶死區(qū)的執(zhí)行器串級(jí)控制
7.4.2執(zhí)行器存在量化誤差的串級(jí)控制
7.4.3執(zhí)行器存在間隙非線性的串級(jí)控制
7.4.4進(jìn)一步思考
7.5小結(jié)
7.6進(jìn)一步閱讀
問(wèn)題
第8章復(fù)雜系統(tǒng)的PID控制器設(shè)計(jì)
8.1引言
8.2基于增益和相位裕度的PI控制器設(shè)計(jì)
8.2.1基于增益裕度和相位裕度指標(biāo)的PI控制器設(shè)計(jì)
8.2.2設(shè)計(jì)示例
8.2.3進(jìn)一步思考
8.3基于兩個(gè)頻率點(diǎn)的PID控制器設(shè)計(jì)
8.3.1PID控制器參數(shù)的求解
8.3.2使用兩個(gè)頻率點(diǎn)的期望閉環(huán)性能指標(biāo)
8.3.3設(shè)計(jì)示例
8.3.4由兩個(gè)頻率點(diǎn)設(shè)計(jì)PID控制器的MATLAB教程
8.3.5啤酒過(guò)濾過(guò)程的PID控制器設(shè)計(jì)
8.3.6進(jìn)一步思考
8.4積分系統(tǒng)的PID控制器設(shè)計(jì)
8.4.1近似模型
8.4.2期望閉環(huán)性能的選擇
8.4.3參數(shù)的歸一化和經(jīng)驗(yàn)規(guī)則
8.4.4增益和相位裕度
8.4.5仿真示例
8.4.6進(jìn)一步思考
8.5小結(jié)
8.6進(jìn)一步閱讀
問(wèn)題
第9章PID控制器的自整定
9.1引言
9.2繼電反饋控制
9.2.1帶滯環(huán)的繼電控制
9.2.2帶積分器的繼電控制
9.2.3進(jìn)一步思考
9.3采用快速傅里葉變換估算頻率響應(yīng)
9.3.1FFT估算
9.3.2使用FFT進(jìn)行估計(jì)的MATLAB教程
9.3.3蒙特卡羅模擬研究
9.3.4進(jìn)一步思考
9.4使用頻率采樣濾波器估計(jì)頻率響應(yīng)
9.4.1頻率采樣濾波器模型
9.4.2使用FSF模型進(jìn)行估計(jì)的MATLAB教程
9.4.3利用FSF估計(jì)的蒙特卡羅模擬
9.4.4進(jìn)一步思考
9.5蒙特卡羅模擬研究
9.5.1未知恒值擾動(dòng)的影響
9.5.2未知低頻擾動(dòng)的影響
9.5.3穩(wěn)態(tài)值的估計(jì)
9.5.4進(jìn)一步思考
9.6穩(wěn)定控制對(duì)象的自動(dòng)調(diào)諧器設(shè)計(jì)
9.6.1用于穩(wěn)定控制對(duì)象的自動(dòng)調(diào)諧器的MATLAB教程
9.6.2穩(wěn)定控制對(duì)象自動(dòng)調(diào)諧器的評(píng)估
9.6.3比較研究
9.6.4進(jìn)一步思考
9.7積分控制對(duì)象自動(dòng)調(diào)諧器的設(shè)計(jì)
9.7.1積分延遲模型的估計(jì)
9.7.2積分系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)諧器
9.7.3串級(jí)控制系統(tǒng)的自整定
9.7.4進(jìn)一步思考
9.8小結(jié)
9.9進(jìn)一步閱讀
問(wèn)題
第10章多旋翼無(wú)人機(jī)的PID控制
10.1介紹
10.2多旋翼動(dòng)力學(xué)模型
10.2.1姿態(tài)控制的動(dòng)力學(xué)模型
10.2.2四旋翼無(wú)人機(jī)驅(qū)動(dòng)器動(dòng)力學(xué)特性
10.2.3六旋翼飛行器驅(qū)動(dòng)器動(dòng)力學(xué)模型
10.2.4進(jìn)一步思考
10.3多旋翼無(wú)人機(jī)的串級(jí)姿態(tài)控制
10.3.1副控制對(duì)象的線性化模型
10.3.2主控制對(duì)象的線性化模型
10.3.3進(jìn)一步思考
10.4姿態(tài)控制系統(tǒng)的自整定
10.4.1多旋翼無(wú)人機(jī)串級(jí)PI控制器自整定試驗(yàn)臺(tái)
10.4.2四旋翼無(wú)人機(jī)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果
10.4.3六旋翼飛行器的實(shí)驗(yàn)結(jié)果
10.4.4進(jìn)一步思考
10.5小結(jié)
10.6進(jìn)一步閱讀
問(wèn)題
思考題參考答案
參考文獻(xiàn)