基於微控制器的經典控制理論與現代控制技術—設計、實現與應用 Classical and Modern Controls with Microcontrollers: Design, Implementation and Applications

白穎，是約翰遜 C.史密斯大學（Johnson C.Simith University）計算機科學與工程系教授。他的研究領域包括智能控制、軟計算、混合語言編程、模糊邏輯控制、機器人控制、機器人校準和模糊多準則決策等。Ying Bai博士有著豐富的行業經驗，在Motorola MMS、Schlumberger ATE Technology、Immix TeleCom和Lam Research等公司擔任軟件工程師或高級軟件工程師。

譯者序
先進工業控制叢書主編簡介
先進工業控制叢書簡介
原叢書前言
原書序
致謝
作者簡介
商標和版權
第1章緒論
1.1TM4C123GH6PM微控制器開發工具與工具包
1.2本書的主要特點
1.3本書的適用人群
1.4本書的主要內容
1.5本書的架構及使用建議
1.6原始碼和範例專案的使用方法
1.7讀者支持
第2章控制系統基本原理
2.1引言
2.2開環控制系統
2.3閉環(回授)控制系統
2.4拉普拉斯變換簡介
2.5傳遞函數與控制框圖
2.6極點和零點
2.7線性時不變控制系統
2.7.1時不變系統
2.7.2線性系統
2.8非線性時變控制系統
2.9連續控制系統
2.10離散和數碼控制系統
2.11本章小結
課後習題
第3章TivaTM C系列LaunchPadTM——TM4C123GXL簡介
3.1引言
3.2硬件包簡介
3.2.1TM4C123GH6PM微控制器概述
3.2.2TivaTM C系列LaunchPadTM TM4C123GXL評估板
3.2.3EduBASE ARM Trainer簡介
3.2.4其他相關週邊設備及接口簡介
3.3軟件包簡介
3.3.1ARM微控制器開發套件概述
3.3.2下載並安裝開發套件和指定韌體
3.3.3整合開發環境KeilMDK簡介
3.3.4C系列TivaWareTM軟件包簡介
3.3.5TivaTM C系列LaunchPadTM調試適配器及其驅動程式
3.4使用Keil MDK-ARM μVision5 IDE建構基本專案的開發步驟
3.5本章小結
課後習題
第4章系統數學模型與模型識別
4.1引言
4.2常見系統的數學模型
4.2.1機械傳動系統的模型
4.2.2電路系統的模型
4.2.3機電系統的模型
4.3極點與階躍響應的關係
4.4系統模型的主要特性
4.4.1終值定理
4.4.2穩態誤差
4.4.3穩定性
4.4.4物理系統的線性近似
4.4.5系統模型所使用的主要MATLAB函數
4.5系統模型識別
4.6MATLABSystem Identification ToolBoxTM簡介
4.6.1過程模型
4.6.2系統辨識工具(GUI)
4.6.3非線性ARX模型
4.7案例研究：識別直流電動機Mitsumi 448 PPR
4.7.1Mitsumi 448 PPR電動馬達和旋轉編碼器
4.7.2TM4C123GH6PM中的QEI模組和暫存器
4.7.3TM4C123GH6PM中的PWM模組
4.7.4校準旋轉編碼器辨識回授通道
4.7.5辨識目標直流電動機的動態模型
4.8本章小結
課後習作和實驗
第5章經典線性控制系統－PID控制系統
5.1PID控制系統簡介
5.2根軌跡法設計PID控制器
5.2.1根軌跡法簡介
5.2.2繪製根軌跡
5.2.3根軌跡法設計補償器的一般註意事項
5.2.4根軌跡法設計的相位超前補償器
5.2.5根軌跡法設計的相位滯後補償器
5.2.6根軌跡法設計補償器的電腦輔助方法
5.3頻率響應法設計PID控制器
5.3.1頻率響應法的主要特點
5.3.2伯德圖法設計補償器的一般註意事項
5.3.3伯德圖法設計相位超前補償器
5.3.4伯德圖法設計相位滯後補償器
5.3.5伯德圖法設計PID控制器
5.3.6伯德圖法設計補償器的電腦輔助方法
5.3.7奈奎斯特穩定判據
5.4狀態空間法設計PID控制器
5.4.1狀態空間變量
5.4.2狀態空間中的系統傳遞函數與特徵值
5.4.3框圖與狀態空間設計
5.4.4極點配置控制律設計
5.4.5估計器設計
5.4.6結合補償進行控制與估計
5.4.7引入參考輸入
5.4.8積分控制
5.4.9可控制性和可觀測性
5.4.10使用狀態回授控制進行極點配置
5.5案例研究：設計與建構直流電動機系統PID控制器
5.5.1連續且離散的PID閉環控制系統
5.5.2建構PID控制器控制軟件
5.6本章小結
課後習作和實驗
第6章實用非線性控制系統
6.1非線性系統分析的MATLAB Simulink模擬基礎
6.1.1單擺的Simulink模型
6.1.2主從式視距追蹤的Simulink模型
6.1.3案例研究：飛機著陸建模與控制
6.2非線性系統分析的MATLAB Simulink高階應用
6.2.1兩種群生長模型的Simulink模型批量模擬
6.2.2案例研究：傳染病傳播的參數辨識與免疫控制策略的發展
6.3控制系統在環模擬案例：葡萄糖-胰島素動力學
6.4基於繼電器的簡單控制系統
6.4.1不採用繼電器控制的方式
6.4.2位置和速度回饋的繼電器控制－滑動現象
6.4.3最小時間繼電器控制－砰砰控制
6.5滑模控制
6.5.1具有建模不確定性的一階系統追蹤控制
6.5.2超越一階系統的滑模控制
6.6基於李雅普諾夫函數綜合的控制設計
6.6.1李雅普諾夫穩定性理論綜述
6.6.2基於李雅普諾夫綜合理論的控制設計函數
6.7本章小結
課後習題
參考文獻
第7章模糊邏輯控制系統
7.1模糊邏輯控制技術
7.2模糊集合
7.2.1典型集合及其運算
7.2.2典型集合到函數的映射
7.2.3模糊集合及其運算
7.2.4典型集合與模糊集合的比較
7.3模糊化與隸屬函數
7.4模糊控制規則
7.4.1模糊映射規則
7.4.2模糊隱含規則
7.5去模糊化和查找表
7.5.1最大值平均值(MOM)法
7.5.2重心(COG)法
7.5.3高度法(HM)
7.5.4查找表
7.5.5離線與線上去模糊化
7.6模糊邏輯控制系統的結構
7.6.1模糊比例微分(PD)控制器
7.6.2模糊比例積分(PI)控制器
7.7MATLAB模糊邏輯工具箱簡介
7.7.1模糊推理函數
7.7.2模糊邏輯工具箱圖形使用者接口工具(FLTGUIT)
7.8用模糊邏輯工具箱實現模糊邏輯控制
7.8.1FLTGUIT在直流電動機系統的應用
7.8.2模糊函數模糊邏輯控制的應用
7.9模糊邏輯控制器的調諧
7.10用Simulink實現模糊邏輯控制
7.11PID控制器與模糊邏輯控制器的比較
7.11.1模擬研究
7.11.2實驗研究
7.12本章小結
課後習作和實驗
第8章TM4C123G MCU系統的模糊邏輯控制器設計
8.1引言
8.2模糊邏輯閉環控制系統的實現
8.2.1模糊化過程
8.2.2控制規則設計
8.2.3去模糊化過程
8.3模糊邏輯控制器在直流電動機控制系統的應用
8.4案例研究：建構模糊邏輯控制專案FZControl
8.5利用線上模糊推理系統取得即時模糊控制輸出
8.5.1產生Visual C++接口專案訪問MATLAB FIS
8.5.2產生完整項目取得線上模糊輸出
8.6本章小結
實驗
第9章區間二型模糊邏輯控制器
9.1一型與區間二型模糊集合簡介
9.2區間二型模糊集合運算
9.3區間二型模糊邏輯系統
9.4Karnik-Mendel(KM)演算法
9.5區間二型模糊邏輯系統範例
9.6設計與建構直流電動機系統的區間二型模糊邏輯控制器
9.7區間二型模糊邏輯控制系統的模擬研究
9.7.1建立FIS－IT2FL_LTS模擬框圖模型
9.7.2IT2FL_LTS模型的模擬結果
9.8PID、一型模糊邏輯控制與區間二型模糊邏輯控制間的比較
9.8.1正常時滯系統的模擬研究比較
9.8.2長時滯系統的模擬研究比較
9.8.3隨機噪聲系統的模擬研究比較
9.8.4模型不確定係統的模擬研究比較
9.9本章小結
實驗
參考文獻
附錄
附錄A下載並安裝Keil MDK-ARM μVision 5.24a
附錄B下載並安裝TivaWare SW-EK-TM4C123GXL軟件包
附錄C下載並安裝Stellaris ICDI和設定虛擬COM埠