译者序前言第一部分控制的应用原则第1章控制理论简介31 1Visual ModelQ仿真环境31 1 1Visual ModelQ的安装31 1 2正误表41 2控制系统41 2 1控制器41 2 2被控机器41 3控制工程师5第2章频率域研究法62 1拉普拉斯变换62 2传递函数62 2 1s是什么72 2 2线性化、时不变性与传递函数72 3传递函数举例82 3 1控制器单元的传递函数82 3 2功率变换器的传递函数92 3 3物理元件的传递函数92 3 4反馈的传递函数102 4框图112 4 1组合框112 4 2Mason信号流图法122 5相位与增益132 5 1传递函数的相位与增益142 5 2伯德图：相位、增益与频率的关系142 6性能测量152 6 1指令响应152 6 2稳定性172 6 3与频率域对应的时间域182 7问题18第3章控制系统的调试203 1闭合控制回路203 2模型的详细回顾223 2 1积分器223 2 2功率变换器233 2 3PI控制律233 2 4反馈滤波器243 3开环设计法253 4稳定裕度253 4 1量化PM与GM263 4 2实验3A：理解开环设计法263 4 3开环、闭环与阶跃响应283 5分段调试的步骤293 5 1段一：比例段303 5 2段二：积分段313 6被控对象增益的变化313 6 1应对变化的增益323 7多(级联)控制回路333 8功率变换器饱和与同步333 9相位与增益图363 10问题38第4章数字控制器中的延迟404 1如何采样404 2数字系统中的延迟源404 2 1采样保持延迟404 2 2计算延迟414 2 3速度估计延迟424 2 4延迟之和424 3实验4A：数字控制中延迟的理解434 4选择采样时间444 4 1一般系统的激进假设454 4 2基于位置运动系统激进的假设454 4 3适度假设与保守假设454 5问题46第5章z域研究法485 1z域初步485 1 1z的定义485 1 2z域传递函数485 1 3双线性变换485 2z域相图495 3混叠505 4实验5A:混叠525 4 1z域中的伯德图与框图535 4 2直流增益535 5从传递函数到算法535 6数字系统的函数555 6 1数字积分与微分555 6 2数字微分565 6 3采样保持585 6 4DAC/ADC：数模相互转换595 7计算延迟的减小605 8量化615 8 1极限环与抖动615 8 2偏置与极限环625 9问题63第6章四种控制器646 1本章中的调试646 2比例增益的使用656 2 1P控制656 2 2如何调试P控制器656 3积分增益的使用676 3 1PI控制676 3 2如何调试PI控制器686 3 3模拟PI控制696 4微分增益的使用706 4 1PID控制706 4 2如何调试PID控制器706 4 3噪声与微分增益726 4 4ZieglerNichols法726 4 5PID控制中的流行术语736 4 6PID的模拟替代方法：超前滞后736 5PD控制746 6选择控制器766 7实验6A～6D766 8问题77第7章扰动响应787 1扰动787 2速度控制器的扰动响应827 2 1扰动的时间域响应837 2 2扰动的频率域响应857 3扰动解耦法867 3 1扰动解耦法的应用877 3 2实验7B：扰动解耦907 4问题92第8章前馈948 1基于被控对象的前馈948 2前馈与功率变换器978 2 1实验8B:功率变换器的补偿988 2 2增大功率变换器带宽与前馈补偿1008 3延迟指令信号1008 3 1实验8C：指令通路上的延迟1018 3 2实验8D：功率变换器的补偿与指令通路上的延迟1028 3 3有前馈时的调试与钳位1038 4被控对象与功率变换器运行特性中的变化1048 4 1被控对象增益的变化1048 4 2功率变换器运行特性的变化1058 5双积分被控对象的前馈1068 6问题106第9章控制系统中的滤波器及实现1089 1控制系统中的滤波器1089 1 1控制器中的滤波器1089 1 2功率变换器中的滤波器1109 1 3反馈中的滤波器1109 2滤波器的通带1109 2 1低通滤波器1119 2 2陷波滤波器1149 2 3实验9A:模拟滤波器1159 2 4双二阶滤波器1159 3滤波器的实现1169 3 1无源模拟滤波器1169 3 2有源模拟滤波器1169 3 3开关电容滤波器1179 3 4IIR数字滤波器1179 3 5FIR数字滤波器1189 4问题119第10章控制系统中的观测器12010 1观测器纵览12010 1 1观测器术语12110 1 2创建一个Luenberger观测器12110 2实验10A～10C:用观测器提高稳定性12410 3Luenberger观测器的滤波器形式12610 3 1低通与高通滤波器12810 3 2滤波器形式的框图12810 3 3回路形式与滤波器形式的比较12810 4Luenberger观测器的设计12910 4 1传感器的估计器设计12910 4 2传感器的滤波作用13010 4 3被控对象的估计器设计13010 4 4设计观测器补偿器13310 5观测器补偿器的调试概述13410 5 1步骤1：临时构建观测器以供调试13510 5 2步骤2：观测器补偿器稳定性调整13510 5 3步骤3：把观测器恢复为标准Luenberger结构13810 6问题138第二部分建模第11章建模入门14011 1什么是模型14011 2频域建模14011 3时域建模14211 3 1状态变量14211 3 2建模环境14411 3 3模型14511 3 4时域模型的频域信息15111 4问题152第12章非线性特性与时变15312 1LTI与非LTI15312 2非LTI特性15312 2 1慢变化15312 2 2快变化15412 3非线性特性处理15412 3 1更换被控对象15512 3 2最坏条件下的稳定性调试15512 3 3增益调度15612 4非线性特性十例15712 4 1被控对象的饱和15712 4 2死区15812 4 3逆向漂移15912 4 4视在惯量的变化16112 4 5摩擦力16112 4 6量化16412 4 7确定的反馈误差16412 4 8功率变换器饱和16512 4 9脉冲调制16712 4 10滞环控制器16812 5问题168第13章模型开发与校验17013 1模型开发的七个步骤17013 1 1确定建模目的17013 1 2SI单位制模型17113 1 3系统辨识17213 1 4建立框图17413 1 5频域与时域选择17513 1 6写出模型方程17513 1 7校验模型17513 2从仿真到部署:RCP与HIL17613 2 1RCP技术17613 2 2RCP:移植的中间步骤17613 2 3RCP与并行开发17713 2 4RCP与实时执行17813 2 5LabVIEW中的实时仿真示例17813 2 6硬件在环仿真技术18213 2 7RCP和HIL供货商183第三部分运 动 控 制第14章编码器与旋转变压器18614 1精度、分辨率与响应速度18714 2编码器18814 3旋转变压器18814 3 1旋转变压器信号变换18914 3 2软件RDC19014 3 3旋转变压器误差与多级旋转变压器19114 4位置分辨率、速度估计与噪声19114 4 1实验14A：分辨率噪声19214 4 2高增益产生大噪声19314 4 3噪声滤除19314 5提高分辨率的选择方法19414 5 11/T插值法19414 5 2正弦编码器19514 6周期误差与转矩/速度纹波19614 6 1速度纹波19714 6 2转矩纹波19714 7实验14B：周期误差与转矩纹波19914 7 1误差幅值与纹波的关系19914 7 2速度与纹波的关系19914 7 3带宽与纹波的关系20014 7 4惯量与纹波的关系20014 7 5改变误差谐波的影响20014 7 6提高旋转变压器速度的影响20014 7 7实际速度中的纹波与反馈速度中的纹波之间的关系20014 8选择反馈装置20114 8 1供货商20214 9问题203第15章电子伺服电动机与驱动基础20415 1驱动器的定义20415 2伺服系统的定义20515 3磁学基础20515 3 1电磁学20715 3 2右手定则20715 3 3形成磁通路20715 4电子伺服电动机20815 4 1转矩评定等级20815 4 2旋转运动与直线运动20915 4 3直线电动机20915 5永磁有刷电动机21015 5 1生成绕组磁通21015 5 2换相21115 5 3转矩的产生21115 5 4电角与机械角的关系21115 5 5电动机转矩常数KT21215 5 6电动机的电气模型21215 5 7永磁有刷电动机的控制21315 5 8有刷电动机的优点与缺点21515 6永磁无刷电动机21615 6 1永磁无刷电动机的绕组21615 6 2正弦换相21615 6 3永磁无刷电动机的相位控制21715 6 4永磁无刷电动机的DQ控制22015 6 5DQ磁方程22215 6 6DQ控制与相控制的比较22315 7永磁无刷电动机的六步控制22415 7 1换相的位置传感22415 7 2有刷电动机与无刷电动机的比较22515 8感应电动机与磁阻电动机22615 9问题226第16章柔性与谐振22716 1谐振方程22816 2调谐谐振与惯量减小不稳定性22916 2 1调谐谐振22916 2 2惯量减小不稳定性23116 2 3实验16A和16B23316 3整治谐振23316 3 1增大电动机/负载惯量的比值23316 3 2增强传动刚性23516 3 3增大阻尼23716 3 4滤波器23816 4问题239第17章位置控制回路24117 1P/PI位置控制24117 1 1P/PI传递函数24217 1 2调试P/PI回路24317 1 3P/PI回路中的前馈24517 1 4调试有速度前馈的P/PI回路24517 1 5P/PI回路中的加速度前馈24617 1 6调试具有加速度/速度前馈的P/PI回路24717 2PI/P位置控制24817 2 1调试PI/P回路24917 3PID位置控制24917 3 1PID位置控制器调试25017 3 2速度前馈与PID位置控制器25117 3 3加速度前馈与PID位置控制器25117 3 4PID位置环的指令响应与扰动响应25217 4位置环的比较25317 4 1定位、速度与电流驱动器配置25317 4 2比较表格25417 4 3双环位置控制25417 5位置轮廓发生器25517 5 1梯形分段计算25617 5 2逐点产生25617 5 3S曲线25717 5 4多轴协调25917 6定位系统的伯德图25917 6 1采用速度驱动的系统的伯德图25917 6 2采用电流驱动器的系统的伯德图26017 7问题260第18章Luenberger观测器在运动控制中的应用26218 1可能从观测器中获益的应用26218 1 1性能需求26218 1 2可采用的计算资源26218 1 3位置反馈传感器26218 1 4运动控制传感器中的相位滞后26318 2观测速度，减小相位滞后26318 2 1消除由简单差分引入的相位滞后26318 2 2消除变换引起的相位滞后26918 3加速度反馈27318 3 1使用观测加速度27418 3 2实验18E：使用观测加速度反馈27518 4问题276第19章运动控制中的快速控制原型技术27819 1为什么使用RCP27819 1 1用RCP来改进、验证模型27919 1 2用RCP获取物理元部件访问权，并取代模型27919 2具有硬耦合负载的伺服系统28019 2 1建立系统模型28119 2 2LabVIEW模型和Visual ModelQ模型的比较28219 2 3将LabVIEW模型转换为RCP控制器28319 2 4验证RCP控制器28419 3具有柔性耦合负载的伺服系统28619 3 1在Visual ModelQ中建立系统模型28719 3 2在LabVIEW中建立系统模型28819 3 3转换LabVIEW模型为RCP系统288附录291附录A控制器元件的有源模拟实现291附录B欧洲框图符号293附录C龙格库塔法295附录D双线性变换研究299附录E数字算法的并行形式300附录F基本矩阵论302附录G习题答案303术语中英对照表312参考文献321后记325