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《先进PID控制MATLAB仿真(第3版)》:电子工程技术丛书

作者简介
刘金琨,辽宁人,1965年生。分别于1989年7月、1994年3月和1997年3月获东北大学工学学士、工学硕士和工学博士学位。1997年3月至1998年12月在浙江大学工业控制技术研究所做博士后研究工作。1999年1月至1999年7月在香港科技大学从事合作研究。1999年11月至今在北京航空航天大学自动化学院从事教学与科研工作,现任教授,博士导师。主讲“智能控制”、“工业过程控制”和“系统辨识”等课程。研究方向为控制理论与应用。自从从事研究工作以来,主持国家自然基金等科研项目10余项,以第一作者发表学术论文70余篇。曾出版《智能控制》、《先进PID控制及其MATLAB仿真》、《机器人控制系统的设计与MATLAB仿真》、《滑模变结构控制MATLAB仿真》和《微分器设计与应用——信号滤波与求导》等著作。

目录
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 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

文摘
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先进PID控制MATLAB仿真

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先进PID控制MATLAB仿真

内容简介
《先进PID控制MATLAB仿真(第3版)》系统地介绍了PID控制的几种设计方法,是作者多年来从事控制系统教学和科研工作的结晶,同时融入了国内外同行近年来所取得的最新成果。 全书共分14章,包括基本的PID控制、PID控制器的整定、时滞系统的PID控制、基于微分器的PID控制、基于观测器的PID控制、自抗扰控制器及其PID控制、PD鲁棒自适应控制、模糊PD控制和专家PID控制、神经PID控制、基于遗传算法整定的PID控制、伺服系统PID控制、迭代学习PID控制其他控制方法的设计与仿真,以及PID实时控制的C++语言设计及应用。每种方法都给出了算法推导、实例分析和相应的MATLAB仿真设计程序。

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