计算机控制技术：PID、根轨迹与数字控制器设计

"该文档详细介绍了计算机控制技术在多个方面的应用，包括系统建模、系统分析、PID控制器设计、根轨迹设计法、频域控制器设计、状态空间设计法、数字控制器设计以及Simulink建模和控制器设计。文档通过实例讲述了直流电机的物理设置和系统方程，并逐步引导读者理解如何利用MATLAB进行控制系统的分析和设计。" 计算机控制技术是一门综合了计算机技术、自动化理论和实际工程应用的学科。在本文档中，作者首先讲解了系统建模，以直流电机为例，阐述了物理设置和系统方程的建立。电机模型中，输入电压V导致转子旋转，输出是角速度d(theta)/dt。系统方程包括电机转矩与电枢电流的关系、反电动势公式以及基于牛顿第二定律和基尔霍夫电压定律的动力学方程。 接下来，文档深入探讨了系统分析，包括开环响应、线性时不变（LTI）模型的特性以及不同输入响应的形式。这部分内容有助于理解系统的动态行为。 PID控制器设计是控制理论中的核心部分，文档详细介绍了比例控制、积分和微分控制的原理，以及如何调整增益以优化性能。同时，文档还涵盖了根轨迹法，用于绘制开环根轨迹，寻找合适的环路增益，以及添加滞后控制器的设计。 频域控制器设计部分涉及Bode图分析，通过改变比例增益和添加延迟补偿来改善系统性能。状态空间设计法则通过全状态反馈控制器和预补偿器的设计，进一步展示了控制器如何在多变量系统中发挥作用。 数字控制器设计章节关注了采样数据模型的构建和PID控制在数字环境中的实现。Simulink作为MATLAB的扩展工具，被用来进行模型可视化建模，包括物理设置、Simscape模型以及控制器设计，如线性模型的提取、开环响应分析和不同补偿器的闭环响应比较。 这份文档全面覆盖了计算机控制技术的多个关键方面，提供了理论知识和实用方法，是学习和实践控制工程的重要参考资料。通过这些内容，读者能够掌握如何运用计算机技术进行复杂系统的建模、分析和控制设计。