本书内容涵盖了工况约束下PID控制系统的设计、实现和自整定等相关内容，为学生、研究人员和相关从业人员全面提供关于PID控制系统的知识——从经典的整定规则和基于模型的设计，到约束、自整定、串级控制、增益调度控制。
本书介绍PID控制系统结构、灵敏度分析、约束条件下PID控制器设计与实现、基于扰动观测器的PID控制、增益调度PID控制系统、串级PID控制系统、复杂系统的PID控制设计，以及PID控制的自整定和无人机应用；还介绍了与众多工程应用相关的谐振控制系统。PID控制和谐振控制的实现突出了如何处理工况约束。
独特覆盖无人机PID控制，包括多旋翼无人机的数学模型、无人机控制策略，以及无人机PID控制器的自整定。
提供了PID控制系统自整定的详细说明，包括继电反馈控制系统、频率响应估计、蒙特卡罗仿真研究、使用频域信息的PID控制器设计，以及MATLAB/Simulink仿真和自整定实现程序。
包括15个MATLAB/Simulink教程，一步一步地说明PID控制系统的设计、仿真、实现和自整定。
帮助讲师、助教、学生和其他读者学习带约束的PID控制，并将控制理论应用到各个领域。
本书适用于电气、化学、机械和航空航天工程等专业的本科生，也可为从事控制系统及其应用工作的研究生、研究人员、从业人员提供有益参考。

王六平，澳大利亚皇家墨尔本理工大学教授，英国谢菲尔德大学控制工程博士。曾任职于加拿大多伦多大学化学工程系（1989-1997年）和澳大利亚纽卡斯尔大学综合控制系统中心（1998-2002年），具有丰富的过程控制经验。长期教授“先进过程控制”课程，在模型预测控制、电力驱动和电力转换器控制系统、系统辨识、PID控制等领域出版4部教材和专著，在国际权威期刊和会议发表论文190余篇。

第1章 PID控制基础
1.1 引言
1.2 PID控制器的结构
1.2.1 比例控制器
1.2.2 比例-微分控制器
1.2.3 比例-积分控制器
1.2.4 PID控制器
1.2.5 商用PID控制器结构
1.2.6 进一步思考
1.3 PID控制器的经典整定规则
1.3.1 基于Ziegler-Nichols振荡的整定规则
1.3.2 基于一阶延迟模型的整定
1.3.3 进一步思考
1.4 基于模型的PID控制器的整定规则
1.4.1 IMC-PID控制器整定规则
1.4.2 Padula-Visioli整定规则
1.4.3 Wang-Cluett整定规则
1.4.4 进一步思考
1.5 整定规则评估示例
1.5.1 评估整定规则的示例
1.5.2 火焰加热器控制示例
1.6 小结
1.7 进一步阅读
问题
第2章 闭环性能和稳定性
2.1 简介
2.2 Routh-Hurwitz稳定性判据
2.2.1 闭环极点的确定
2.2.2 稳定性判据
2.2.3 进一步思考
2.3 奈奎斯特稳定性判据
2.3.1 奈奎斯特图
2.3.2 基于整定规则的PID控制器修改
2.3.3 进一步思考
2.4 控制系统结构和灵敏度函数
2.4.1 一自由度控制系统结构
2.4.2 二自由度设计
2.4.3 反馈控制中的灵敏度函数
2.4.4 进一步思考
2.5 给定值跟踪和扰动抑制
2.5.1 闭环带宽
2.5.2 PID控制器的给定值跟踪与扰动抑制
2.5.3 基于谐振控制器的给定值跟踪与扰动抑制
2.5.4 进一步思考
2.6 扰动抑制和噪声衰减
2.6.1 扰动抑制与噪声衰减的矛盾
2.6.2 扰动抑制与噪声衰减PID控制器
2.6.3 进一步思考
2.7 鲁棒稳定性和鲁棒性能
2.7.1 模型误差
2.7.2 鲁棒稳定性
2.7.3 案例研究： 聚合物反应器的鲁棒控制
2.7.4 进一步思考
2.8 小结
2.9 进一步阅读
问题
第3章 基于模型的PID和谐振控制器设计
3.1 引言
3.2 PI控制器设计
3.2.1 期望闭环性能指标
3.2.2 模型和控制器结构
3.2.3 不同结构的闭环传递函数
3.2.4 进一步思考
3.3 PID控制器的经典整定规则
3.3.1 PD控制器设计
3.3.2 存在零极点对消的理想PID分析实例
3.3.3 带滤波器的PID控制器分析实例
3.3.4 无零极点对消的PID控制器设计
3.3.5 求解带滤波器PID控制器的MATLAB教程
3.3.6 进一步思考
3.4 谐振控制器设计
3.4.1 谐振控制器设计
3.4.2 稳态误差分析
3.4.3 谐振控制器设计中的零极点对消
3.4.4 进一步思考
3.5 前馈控制
3.5.1 前馈控制的基本思想
3.5.2 三弹簧双质块系统
3.5.3 进一步思考
3.6 小结
3.7 进一步阅读
问题
第4章 PID控制器的实现
4.1 引言
4.2 PID控制器应用方案
4.3 位置式PID控制器实现
4.3.1 稳态信息
4.3.2 PID控制器的离散化
4.3.3 进一步思考
4.4 速度式PID控制器的实现
4.4.1 PI控制器的离散化
4.4.2 速度式PID控制器的离散化
4.4.3 低采样频率下的精度提升
4.4.4 进一步思考
4.5 位置形式的抗饱和实现
4.5.1 积分器饱和情况
4.5.2 位置式PI控制器的抗饱和机制
4.5.3 进一步思考
4.6 速度形式的抗饱和机制
4.6.1 控制信号幅值的抗饱和机制
4.6.2 控制信号变化率限制
4.6.3 进一步思考
4.7 PID抗饱和实现教程
4.8 其他问题的处理
4.8.1 控制对象的启动
4.8.2 PID控制器实现中量化误差的处理
4.9 小结
4.10 进一步阅读
问题
第5章 基于扰动观测器的PID和谐振控制器
5.1 引言
5.2 基于扰动观测器的PI控制器
5.2.1 带有控制的扰动估计
5.2.2 PI控制器的等价
5.2.3 通过估计实现PI控制器的MATLAB教程
5.2.4 基于估计器的PI控制器示例
5.2.5 进一步思考
5.3 基于扰动观测器的PID控制器
5.3.1 比例微分控制
5.3.2 增加积分作用
5.3.3 PID控制器的等价
5.3.4 基于扰动观测器的PID控制器实现的MATLAB教程
5.3.5 基于扰动观测器的PID控制器示例
5.3.6 进一步思考
5.4 基于扰动观测器的谐振控制器
5.4.1 谐振控制器设计
5.4.2 谐振控制器的实现
5.4.3 谐振控制器的等价
5.4.4 基于扰动观测器的谐振控制器实现的MATLAB教程
5.4.5 基于扰动观测器的谐振控制器示例
5.4.6 进一步思考
5.5 多频谐振控制器
5.5.1 在谐振控制器中加入积分作用
5.5.2 增加更多周期分量
5.5.3 进一步思考
5.6 小结
5.7 进一步阅读
问题
第6章 非线性系统的PID控制
6.1 引言
6.2 非线性模型的线性化
6.2.1 非线性函数的近似
6.2.2 非线性微分方程的线性化
6.2.3 案例研究： 耦合水箱模型的线性化