先进PID控制MATLAB仿真（第4版）

目 录第1章 基本的PID控制 11.1 PID控制原理 11.2 连续系统的模拟PID仿真 21.2.1 基本的PID控制 21.2.2 线性时变系统的PID控制 81.3 数字PID控制 121.3.1 位置式PID控制算法 121.3.2 连续系统的数字PID控制仿真 131.3.3 离散系统的数字PID控制仿真 181.3.4 增量式PID控制算法及仿真 251.3.5 积分分离PID控制算法及仿真 261.3.6 抗积分饱和PID控制算法及仿真 311.3.7 梯形积分PID控制算法 341.3.8 变速积分PID算法及仿真 341.3.9 带滤波器的PID控制仿真 381.3.10 不完全微分PID控制算法及仿真 441.3.11 微分先行PID控制算法及仿真 481.3.12 带死区的PID控制算法及仿真 511.3.13 基于前馈补偿的PID控制算法及仿真 551.3.14 步进式PID控制算法及仿真 571.3.15 PID控制的方波响应 601.3.16 基于卡尔曼滤波器的PID控制 621.4 S函数介绍 711.4.1 S函数简介 711.4.2 S函数使用步骤 721.4.3 S函数的基本功能及重要参数设定 721.4.4 实例说明 721.5 PID研究新进展 73参考文献 73第2章 PID控制器的整定 752.1 概述 752.2 基于响应曲线法的PID整定 752.2.1 基本原理 752.2.2 仿真实例 762.3 基于Ziegler-Nichols的频域响应PID整定 792.3.1 连续Ziegler-Nichols方法的PID整定 792.3.2 仿真实例 802.3.3 离散Ziegler-Nichols方法的PID整定 832.3.4 仿真实例 832.4 基于频域分析的PD整定 872.4.1 基本原理 872.4.2 仿真实例 872.5 基于相位裕度整定的PI控制 892.5.1 基本原理 892.5.2 仿真实例 922.6 基于极点配置的稳定PD控制 942.6.1 基本原理 942.6.2 仿真实例 952.7 基于临界比例度法的PID整定 972.7.1 基本原理 972.7.2 仿真实例 982.8 一类非线性整定的PID控制 1002.8.1 基本原理 1002.8.2 仿真实例 1022.9 基于优化函数的PID整定 1042.9.1 基本原理 1042.9.2 仿真实例 1042.10 基于NCD优化的PID整定 1062.10.1 基本原理 1062.10.2 仿真实例 1062.11 基于NCD与优化函数结合的PID整定 1092.11.1 基本原理 1092.11.2 仿真实例 1102.12 传递函数的频域测试 1112.12.1 基本原理 1112.12.2 仿真实例 112参考文献 115第3章 时滞系统的PID控制 1163.1 单回路PID控制系统 1163.2 串级PID控制 1163.2.1 串级PID控制原理 1163.2.2 仿真实例 1173.3 纯滞后系统的大林控制算法 1213.3.1 大林控制算法原理 1213.3.2 仿真实例 1213.4 纯滞后系统的Smith控制算法 1233.4.1 连续Smith预估控制 1233.4.2 仿真实例 1253.4.3 数字Smith预估控制 1273.4.4 仿真实例 128参考文献 133第4章 基于微分器的PID控制 1344.1 基于全程快速微分器的PD控制 1344.1.1 全程快速微分器 1344.1.2 仿真实例 1344.2 基于Levant微分器的PID控制 1434.2.1 Levant微分器 1434.2.2 仿真实例 144参考文献 155第5章 基于观测器的PID控制 1565.1 基于慢干扰观测器补偿的PID控制 1565.1.1 系统描述 1565.1.2 观测器设计 1565.1.3 仿真实例 1575.2 基于指数收敛干扰观测器的PID控制 1625.2.1 系统描述 1635.2.2 指数收敛干扰观测器的问题提出 1635.2.3 指数收敛干扰观测器的设计 1635.2.4 PID控制器的设计及分析 1645.2.5 仿真实例 1645.3 基于名义模型干扰观测器的PID控制 1715.3.1 干扰观测器基本原理 1715.3.2 干扰观测器的性能分析 1725.3.3 干扰观测器鲁棒稳定性 1735.3.4 低通滤波器Q(s)的设计 1755.3.5 仿真实例 1765.4 基于扩张观测器的PID控制 1815.4.1 扩张观测器的设计 1815.4.2 扩张观测器的分析 1815.4.3 仿真实例 1845.5 基于输出延迟观测器的PID控制 1985.5.1 系统描述 1985.5.2 输出延迟观测器的设计 1985.5.3 仿真实例 199参考文献 208第6章 自抗扰控制器及其PID控制 2096.1 非线性跟踪微分器 2096.1.1 微分器描述 2096.1.2 仿真实例 2096.2 安排过渡过程及PID控制 2146.2.1 安排过渡过程 2146.2.2 仿真实例 2146.3 基于非线性扩张观测器的PID控制 2206.3.1 系统描述 2206.3.2 非线性扩张观测器 2206.3.3 仿真实例 2216.4 非线性PID控制 2336.4.1 非线性PID控制算法 2336.4.2 仿真实例 2346.5 自抗扰控制 2366.5.1 自抗扰控制结构 2366.5.2 仿真实例 237参考文献 246第7章 PD鲁棒自适应控制 2477.1 稳定的PD控制算法 2477.1.1 问题的提出 2477.1.2 PD控制律的设计 2477.1.3 仿真实例 2487.2 基于模型的PI鲁棒控制 2517.2.1 问题的提出 2517.2.2 PD控制律的设计 2517.2.3 稳定性分析 2527.2.4 仿真实例 2527.3 基于名义模型的机械手PI鲁棒控制 2567.3.1 问题的提出 2567.3.2 鲁棒控制律的设计 2577.3.3 稳定性分析 2577.3.4 仿真实例 2587.4 基于Anti-windup的PID控制 2667.4.1 Anti-windup基本原理 2667.4.2 基于Anti-windup的PID控制 2667.4.3 仿真实例 2677.5 基于PD增益自适应调节的模型参考自适应控制 2717.5.1 问题描述 2717.5.2 控制律的设计与分析 2717.5.3 仿真实例 272参考文献 280第8章 模糊PD控制和专家PID控制 2818.1 倒立摆稳定的PD控制 2818.1.1 系统描述 2818.1.2 控制律设计 2818.1.3 仿真实例 2828.2 基于自适应模糊补偿的倒立摆PD控制 2858.2.1 问题描述 2858.2.2 自适应模糊控制器设计与分析 2868.2.3 稳定性分析 2878.2.4 仿真实例 2888.3 基于模糊规则表的模糊PD控制 2958.3.1 基本原理 2958.3.2 仿真实例 2968.4 模糊自适应整定PID控制 2998.4.1 模糊自适应整定PID控制原理 2998.4.2 仿真实例 3018.5 专家PID控制 3078.5.1 专家PID控制原理 3078.5.2 仿真实例 308参考文献 310第9章 神经网络PID控制 3119.1 基于单神经元网络的PID智能控制 3119.1.1 几种典型的学习规则 3119.1.2 单神经元自适应PID控制 3119.1.3 改进的单神经元自适应PID控制 3129.1.4 仿真实例 3139.2 基于二次型性能指标学习算法的单神经元自适应PID控制 3169.2.1 控制律的设计 3169.2.2 仿真实例 3179.3 基于自适应神经网络补偿的PD控制 3209.3.1 问题描述 3209.3.2 自适应神经网络设计与分析 3219.3.3 仿真实例 323参考文献 328第10章 基于差分进化的PID控制 32910.1 差分进化算法的基本原理 32910.1.1 差分进化算法的提出 32910.1.2 标准差分进化算法 32910.1.3 差分进化算法的基本流程 33010.1.4 差分进化算法的参数设置 33110.2 基于差分进化算法的函数优化 33210.3 基于差分进化整定的PD控制 33510.3.1 基本原理 33610.3.2 基于差分进化的PD整定 33610.4 基于摩擦模型辨识和补偿的PD控制 34010.4.1 摩擦模型的在线参数辨识 34010.4.2 仿真实例 34110.5 基于最优轨迹规划的PID控制 34510.5.1 问题的提出 34510.5.2 一个简单的样条插值实例 34510.5.3 最优轨迹的设计 34710.5.4 最优轨迹的优化 34710.5.5 仿真实例 348参考文献 354第11章 伺服系统PID控制 35511.1 基于Lugre摩擦模型的PID控制 35511.1.1 伺服系统的摩擦现象 35511.1.2 伺服系统的LuGre摩擦模型 35511.1.3 仿真实例 35611.2 基于Stribeck摩擦模型的PID控制 35811.2.1 Stribeck摩擦模型描述 35811.2.2 一个典型伺服系统描述 35911.2.3 仿真实例 35911.3 伺服系统三环的PID控制 36711.3.1 伺服系统三环的PID控制原理 36711.3.2 仿真实例 36811.4 二质量伺服系统的PID控制 37111.4.1 二质量伺服系统的PID控制原理 37111.4.2 仿真实例 37211.5 伺服系统的模拟PD+数字前馈控制 37511.5.1 伺服系统的模拟PD+数字前馈控制原理 37511.5.2 仿真实例 376参考文献 377第12章 迭代学习PID控制 37812.1 迭代学习控制方法介绍 37812.2 迭代学习控制基本原理 37812.3 基本的迭代学习控制算法 37912.4 基于PID型的迭代学习控制 37912.4.1 系统描述 37912.4.2 控制器设计 37912.4.3 仿真实例 380参考文献 385第13章 挠性及奇异摄动系统的PD控制 38613.1 基于输入成型的挠性机械系统PD控制 38613.1.1 系统描述 38613.1.2 控制器设计 38613.1.3 输入成型器基本原理 38613.1.4 仿真实例 38813.2 基于奇异摄动理论的P控制 39313.2.1 问题描述 39413.2.2 模型分解 39413.2.3 控制律设计 39413.2.4 仿真实例 39513.3 柔性机械臂的偏微分方程动力学建模 39813.3.1 柔性机械臂的控制问题 39813.3.2 柔性机械臂的偏微分方程建模 39813.4 柔性机械臂分布式参数边界控制 40213.4.1 模型描述 40213.4.2 边界PD控制律设计 40313.4.3 仿真实例 405参考文献 412第14章 机械手PID控制 41314.1 机械手独立PD控制 41314.1.1 控制律设计 41314.1.2 收敛性分析 41314.1.3 仿真实例 41314.2 工作空间中机械手末1