控制系统设计与仿真

本书介绍典型控制系统的性能要求及控制设计的基本方法，并给出相应的仿真与分析。全书共6章，第1～4章从经典控制设计和鲁棒综合控制策略这类可推广至常见的二阶系统的控制设计方法开始，以柔性系统的特性与特殊控制问题为例，向读者展示两种控制方案在类似柔性系统设计中的应用。第5、6章介绍一种非线性控制方案，给出一种高精度要求的空间实验卫星的控制设计，并结合推进系统内环反馈进行一体化设计，给出的设计不仅采用第1～4章介绍的经典控制方案和鲁棒综合控制，还包括分数阶控制、自抗扰控制、自适应控制等多种控制方案，读者可在这两章中掌握内容丰富的控制系统设计策略与仿真分析的方法。

目录
第1章 绪论 1
1.1 控制系统的产生及发展概述 1
1.1.1 早期的控制系统与应用 1
1.1.2 反馈控制理论的产生与发展 1
1.1.3 现代控制理论的产生与发展 2
1.2 本书的主要内容 2
第2章 机电传动系统经典控制设计与仿真 4
2.1 引言 4
2.1.1 机电传动系统简介 4
2.1.2 机电传动系统控制方法综述 5
2.1.3 本章主要内容 6
2.2 控制理论基础与概述 6
2.2.1 系数表法 6
2.2.2 反馈型扰动观测器 10
2.2.3 齿隙非线性模型 12
2.2.4 谐振系统的复合控制策略 12
2.3 双惯性谐振系统的控制设计与仿真 13
2.3.1 双惯性谐振系统模型及频率特性 13
2.3.2 双惯性谐振系统的PID控制设计 15
2.3.3 基于反馈补偿的PID-P控制设计 18
2.3.4 基于前馈补偿的PID-P控制设计 20
2.3.5 控制性能仿真与分析 22
2.4 三明治系统的复合控制设计与仿真 24
2.4.1 三明治系统模型及频率特性 24
2.4.2 三明治系统的PID控制设计 27
2.4.3 三明治系统的复合控制设计 28
2.4.4 基于PID的扰动观测器设计 29
2.4.5 基于PID-P的扰动观测器设计 31
2.5 本章小结 32
第3章 鲁棒综合控制的结构化设计与仿真 33
3.1 引言 33
3.1.1 鲁棒综合控制理论的产生与发展 33
3.1.2 鲁棒综合控制理论的应用研究现状 34
3.1.3 本章的主要内容 35
3.2 结构化综合控制理论与仿真 35
3.2.1 标准结构化综合控制 35
3.2.2 多控制器协同的结构化综合控制 36
3.2.3 多参数解耦输出的结构化综合控制 37
3.2.4 结构化控制器MATLAB求解与Simulink仿真 38
3.3 设计与仿真实例 38
3.3.1 飞机纵向运动的结构化综合设计 38
3.3.2 电动助力转向系统的结构化综合设计 42
3.4 本章小结 50
第4章 柔性系统的控制设计与仿真 51
4.1 引言 51
4.1.1 柔性系统的概念及特性 51
4.1.2 柔性系统的控制问题 52
4.1.3 柔性系统控制研究与发展 52
4.1.4 本章的主要内容 56
4.2 典型柔性系统的控制设计与仿真 56
4.2.1 典型柔性系统的频域特性分析 56
4.2.2 基于相位控制的鲁棒控制理论 57
4.2.3 控制设计 59
4.2.4 控制性能与仿真分析 61
4.3 携带柔性部件系统的控制设计与仿真 64
4.3.1 携带柔性部件大型航天器的模型及控制要求 65
4.3.2 基于鲁棒综合理论的PID控制设计 67
4.3.3 鲁棒综合控制器设计 69
4.3.4 控制器性能仿真与对比分析 71
4.4 高精度柔性系统的控制设计与仿真 71
4.4.1 高精度柔性系统的模型及控制目标 71
4.4.2 经典控制设计与仿真 73
4.4.3 鲁棒综合设计与仿真 78
4.4.4 结构化综合设计与仿真 87
4.5 本章小结 98
第5章 分数阶控制设计与MATLAB/Simulink仿真 99
5.1 引言 99
5.1.1 分数阶控制器的基本概念 99
5.1.2 分数阶控制的研究现状综述 100
5.1.3 本章的主要内容 101
5.2 分数阶控制理论及仿真 101
5.2.1 分数阶控制器设计及参数整定方法 101
5.2.2 分数阶控制的MATLAB求解及Simulink仿真 105
5.2.3 分数阶控制设计实例 112
5.3 恒张力系统的分数阶控制与仿真 119
5.3.1 恒张力控制系统的结构 119
5.3.2 分数阶PID控制器设计 121
5.3.3 控制器性能仿真结果分析 123
5.4 激光束定点系统的分数阶控制设计与仿真 127
5.4.1 激光指向系统设计 128
5.4.2 分数阶PID控制方法 132
5.4.3 控制器性能仿真结果分析 134
5.5 本章小结 142
第6章 微推进无拖曳控制设计与仿真 143
6.1 引言 143
6.1.1 无拖曳控制的概念 143
6.1.2 无拖曳控制研究现状综述 144
6.1.3 本章的主要内容 145
6.2 无拖曳控制的数学模型 145
6.2.1 无拖曳卫星动力学建模 145
6.2.2 面向引力波探测的无拖曳控制问题与性能要求 154
6.3 适用于无拖曳控制的微推进系统的控制与仿真 155
6.3.1 适用于无拖曳控制的推力器简介与分类 155
6.3.2 会切场离子推力器闭环反馈控制与仿真 159
6.3.3 微波离子推力器的闭环反馈控制与仿真 175
6.4 基于精密推进系统内环反馈的无拖曳控制设计 185
6.4.1 基于会切场推进系统的无拖曳控制设计与仿真 185
6.4.2 基于微波离子推进系统的无拖曳控制设计与仿真 196
6.5 本章小结 208
参考文献 209