PID控制系統(tǒng)設計：使用MATLAB和Simulink仿真與分析

 
第1章PID控制基礎
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進一步思考
1.5整定規(guī)則評估示例
1.5.1評估整定規(guī)則的示例
1.5.2火焰加熱器控制示例
1.6小結(jié)
1.7進一步閱讀
問題
第2章閉環(huán)性能和穩(wěn)定性
2.1簡介
2.2RouthHurwitz穩(wěn)定性判據(jù)
2.2.1閉環(huán)極點的確定
2.2.2穩(wěn)定性判據(jù)
2.2.3進一步思考
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)
2.4.2二自由度設計
2.4.3反饋控制中的靈敏度函數(shù)
2.4.4進一步思考
2.5給定值跟蹤和擾動抑制
2.5.1閉環(huán)帶寬
2.5.2PID控制器的給定值跟蹤與擾動抑制
2.5.3基于諧振控制器的給定值跟蹤與擾動抑制
2.5.4進一步思考
2.6擾動抑制和噪聲衰減
2.6.1擾動抑制與噪聲衰減的矛盾
2.6.2擾動抑制與噪聲衰減PID控制器
2.6.3進一步思考
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： 聚合物反應器的魯棒控制
2.7.4進一步思考
2.8小結(jié)
2.9進一步閱讀
問題
第3章基于模型的PID和諧振控制器設計
3.1引言
3.2PI控制器設計
3.2.1期望閉環(huán)性能指標
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控制器設計
3.3.2存在零極點對消的理想PID分析實例
3.3.3帶濾波器的PID控制器分析實例
3.3.4無零極點對消的PID控制器設計
3.3.5求解帶濾波器PID控制器的MATLAB教程
3.3.6進一步思考
3.4諧振控制器設計
3.4.1諧振控制器設計
3.4.2穩(wěn)態(tài)誤差分析
3.4.3諧振控制器設計中的零極點對消
3.4.4進一步思考
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進一步思考
3.6小結(jié)
3.7進一步閱讀
問題
第4章PID控制器的實現(xiàn)
4.1引言
4.2PID控制器應用方案
4.3位置式PID控制器實現(xiàn)
4.3.1穩(wěn)態(tài)信息
4.3.2PID控制器的離散化
4.3.3進一步思考
4.4速度式PID控制器的實現(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進一步思考
4.5位置形式的抗飽和實現(xiàn)
4.5.1積分器飽和情況
4.5.2位置式PI控制器的抗飽和機制
4.5.3進一步思考
4.6速度形式的抗飽和機制
4.6.1控制信號幅值的抗飽和機制
4.6.2控制信號變化率限制
4.6.3進一步思考
4.7PID抗飽和實現(xiàn)教程
4.8其他問題的處理
4.8.1控制對象的啟動
4.8.2PID控制器實現(xiàn)中量化誤差的處理
4.9小結(jié)
4.10進一步閱讀
問題
第5章基于擾動觀測器的PID和諧振控制器
5.1引言
5.2基于擾動觀測器的PI控制器
5.2.1帶有控制的擾動估計
5.2.2PI控制器的等價
5.2.3通過估計實現(xiàn)PI控制器的MATLAB教程
5.2.4基于估計器的PI控制器示例
5.2.5進一步思考
5.3基于擾動觀測器的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
5.3.4基于擾動觀測器的PID控制器實現(xiàn)的MATLAB教程
5.3.5基于擾動觀測器的PID控制器示例
5.3.6進一步思考
5.4基于擾動觀測器的諧振控制器
5.4.1諧振控制器設計
5.4.2諧振控制器的實現(xiàn)
5.4.3諧振控制器的等價
5.4.4基于擾動觀測器的諧振控制器實現(xiàn)的MATLAB教程
5.4.5基于擾動觀測器的諧振控制器示例
5.4.6進一步思考
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進一步思考
5.6小結(jié)
5.7進一步閱讀
問題
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： 感應電動機模型的線性化
6.2.5進一步思考
6.3案例研究: 板球平衡系統(tǒng)
6.3.1板球平衡系統(tǒng)的動態(tài)特性
6.3.2非線性模型的線性化
6.3.3PID控制器設計
6.3.4實現(xiàn)與實驗結(jié)果
6.3.5進一步思考
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速度形式實現(xiàn)增益調(diào)度
6.4.3使用基于估計器的PID控制器實現(xiàn)增益調(diào)度
6.4.4進一步思考
6.5小結(jié)
6.6進一步閱讀
問題
第7章串級PID控制系統(tǒng)
7.1引言
7.2串級PID控制系統(tǒng)的設計
7.2.1串級PID控制系統(tǒng)的設計步驟
7.2.3簡單的設計舉例
7.2.3在串級結(jié)構(gòu)中實現(xiàn)閉環(huán)性能不變性(近似)
7.2.4進一步思考
7.3輸入擾動抑制的串級控制系統(tǒng)
7.3.1擾動抑制的頻率特性
7.3.2仿真研究
7.3.3進一步思考
7.4執(zhí)行器非線性的串級控制系統(tǒng)
7.4.1帶死區(qū)的執(zhí)行器串級控制
7.4.2執(zhí)行器存在量化誤差的串級控制
7.4.3執(zhí)行器存在間隙非線性的串級控制
7.4.4進一步思考
7.5小結(jié)
7.6進一步閱讀
問題
第8章復雜系統(tǒng)的PID控制器設計
8.1引言
8.2基于增益和相位裕度的PI控制器設計
8.2.1基于增益裕度和相位裕度指標的PI控制器設計
8.2.2設計示例
8.2.3進一步思考
8.3基于兩個頻率點的PID控制器設計
8.3.1PID控制器參數(shù)的求解
8.3.2使用兩個頻率點的期望閉環(huán)性能指標
8.3.3設計示例
8.3.4由兩個頻率點設計PID控制器的MATLAB教程
8.3.5啤酒過濾過程的PID控制器設計
8.3.6進一步思考
8.4積分系統(tǒng)的PID控制器設計
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)驗規(guī)則
8.4.4增益和相位裕度
8.4.5仿真示例
8.4.6進一步思考
8.5小結(jié)
8.6進一步閱讀
問題
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進一步思考
9.3采用快速傅里葉變換估算頻率響應
9.3.1FFT估算
9.3.2使用FFT進行估計的MATLAB教程
9.3.3蒙特卡羅模擬研究
9.3.4進一步思考
9.4使用頻率采樣濾波器估計頻率響應
9.4.1頻率采樣濾波器模型
9.4.2使用FSF模型進行估計的MATLAB教程
9.4.3利用FSF估計的蒙特卡羅模擬
9.4.4進一步思考
9.5蒙特卡羅模擬研究
9.5.1未知恒值擾動的影響
9.5.2未知低頻擾動的影響
9.5.3穩(wěn)態(tài)值的估計
9.5.4進一步思考
9.6穩(wěn)定控制對象的自動調(diào)諧器設計
9.6.1用于穩(wěn)定控制對象的自動調(diào)諧器的MATLAB教程
9.6.2穩(wěn)定控制對象自動調(diào)諧器的評估
9.6.3比較研究
9.6.4進一步思考
9.7積分控制對象自動調(diào)諧器的設計
9.7.1積分延遲模型的估計
9.7.2積分系統(tǒng)的自動調(diào)諧器
9.7.3串級控制系統(tǒng)的自整定
9.7.4進一步思考
9.8小結(jié)
9.9進一步閱讀
問題
第10章多旋翼無人機的PID控制
10.1介紹
10.2多旋翼動力學模型
10.2.1姿態(tài)控制的動力學模型
10.2.2四旋翼無人機驅(qū)動器動力學特性
10.2.3六旋翼飛行器驅(qū)動器動力學模型
10.2.4進一步思考
10.3多旋翼無人機的串級姿態(tài)控制
10.3.1副控制對象的線性化模型
10.3.2主控制對象的線性化模型
10.3.3進一步思考
10.4姿態(tài)控制系統(tǒng)的自整定
10.4.1多旋翼無人機串級PI控制器自整定試驗臺
10.4.2四旋翼無人機的實驗結(jié)果
10.4.3六旋翼飛行器的實驗結(jié)果
10.4.4進一步思考
10.5小結(jié)
10.6進一步閱讀
問題
思考題參考答案
參考文獻