计算机控制技术

前言

第1章绪论

1.1概述

1.2计算机控制系统的组成及工作过程

1.3计算机控制系统的构成及其与模拟控制系统的性能比较

1.4计算机控制系统的分类、发展历程和发展趋势

1.5计算机控制系统数字控制器的设计思路

习题一

第2章通道、接口与信号转换技术

2.1概述

2.2模拟量输入通道

2.2.1模拟量输入通道的组成与结构

2.2.2A/D转换原理、转换器件及与计算机的接口

2.3模拟信号的离散与量化

2.3.1离散与量化的实质及数学描述

2.3.2量化、量化误差及量化误差的统计特性

2.3.3A/D转换的性能分析与器件的选择

2.4模拟量输出通道

2.4.1模拟量输出通道的组成与结构

2.4.2D/A转换原理、转换器件及与计算机的接口

2.5模拟信号的重构

2.6数字量输入/输出通道

习题二

第3章线性离散系统的数学描述

3.1概述

3.2线性离散系统的时域描述

3.2.1差分方程

3.2.2差分方程的解法

3.3Z变换的定义、性质及Z反变换

3.3.1Z变换的定义

3.3.2Z变换的性质和定理

3.3.3扩展的Z变换

3.3.4Z反变换

3.3.5用Z变换法解差分方程

3.4线性离散系统的复频域描述

3.4.1脉冲传递函数的概念

3.4.2系统结构与脉冲传递函数

3.4.3扩展的脉冲传递函数

3.5离散系统的状态空间描述

3.5.1状态空间的基本概念

3.5.2离散状态空间模型的基本形式

3.5.3离散状态方程的解法

3.5.4状态方程与差分方程及脉冲传递函数之间的相互转换

3.5.5离散控制系统的传递函数矩阵与特征方程

习题三

第4章线性离散系统的性能分析

4.1线性离散系统的稳定性分析

4.1.1系统稳定性的基本概念

4.1.2线性系统稳定的充要条件

4.1.3稳定判据

4.1.4系统极点在Z平面上的分布与系统单位冲激响应之间的关系

4.2线性离散系统的输出响应分析

4.2.1线性离散系统的动态响应分析

4.2.2线性离散系统的稳态性能分析

4.3线性离散系统的根轨迹分析法

4.4线性离散系统的频率分析法

习题四

第5章数字控制器的间接设计

5.1概述

5.2模拟控制算法的离散化

5.3基本的PID控制算法

5.3.1连续域中的PID控制算法

5.3.2PID控制算法的离散化处理

5.4饱和现象及其对系统性能的影响与抑制方法

5.4.1饱和现象及其对系统性能的影响

5.4.2抑制积分饱和效应的PID控制算法

5.4.3抑制微分饱和效应的PID控制算法

5.4.4其他PID控制算法

5.5PID控制器的算法参数确定

5.5.1确定PID控制器算法参数的理论方法

5.5.2PID控制器算法参数实验整定法

5.5.3用实验经验法确定PID控制器算法参数

5.5.4采样周期的选择原则

习题五

第6章数字控制器的直接设计

6.1概述

6.2针对理想被控对象的最少拍无差系统设计

6.2.1相关的基本概念

6.2.2系统响应的准确性及快速性分析

6.2.3三种典型信号输入作用下的最少拍无差系统设计

6.2.4Φ0(z)和Φe0(z)的一般形式

6.3针对非理想被控对象的最少拍无差系统设计

6.3.1数字控制器算法D(z)的物理可实现性分析及补偿设计

6.3.2系统的稳定性分析及补偿设计

6.3.3最少拍无差系统设计的一般原则

6.4最少拍无差系统的局限性及其改进设计

6.4.1最少拍无差系统的局限性

6.4.2最少拍无纹波系统设计

6.4.3改善对输入信号类型适应性的控制算法设计

6.4.4非最少的有限拍控制算法设计

6.4.5大林算法设计

6.5数字控制器的根轨迹设计法和频域设计法

6.5.1数字控制器的根轨迹设计法

6.5.2数字控制器的频域设计法

6.6数字控制器的程序实现及计算效率分析

习题六

第7章数字控制器的现代设计

7.1系统的可控性和可观性

7.2线性离散系统的输出反馈设计

7.2.1概述

7.2.2单变量最少拍系统设计

7.2.3多变量最少拍系统设计

7.3基于状态反馈的极点配置设计

7.3.1直接状态反馈下的极点配置设计

7.3.2带状态观察器的极点配置设计

7.4基于二次型性能指标最优的状态反馈设计

习题七

第8章计算机控制系统的工程实现

8.1计算机控制系统的设计原则和方法

8.2计算机控制系统的设计步骤

8.3计算机控制系统的硬件设计

8.4计算机控制系统的软件设计

8.5计算机控制系统中的抗干扰技术及可靠性设计

8.6计算机控制系统设计实例

习题八

参考文献

附录A常用信号的拉普拉斯变换、Z变换、扩展Z变换

附录B线性离散系统根轨迹绘制法则

附录C常见线性离散系统的根轨迹图

　　本书以系统的组构、系统的数学描述、系统的性能分析、系统的综合设计及系统的工程实现为基本线索，系统地介绍了计算机控制的相关理论。全书共分为8章，全面阐述了线性离散系统的数学描述、性能分析和设计理论，重点讨论了计算机控制系统中数字控制器的算法设计问题，并举例说明了计算机控制系统在生产过程中的应用。　　本书系统性地介绍了计算机控制系统的组成、结构、工作过程，全面阐述了线性离散系统的数学描述、性能分析和设计理论，重点讨论了计算机控制系统中数字控制器的算法设计问题，并举例说明了计算机控制系统在生产过程中的应用。全书共分为8章，每章均附有习题。　　本书是结合作者多年来在课堂教学过程中对相关问题的理解和体会写成的，其内容体系完整，结构关系清晰，叙述通俗易懂，已列入普通高等教育“十一五”国家级规划教材。　　本书既可作为高等院校自动化、计算机应用等类专业本、专科生的教材，也可作为从事相关科研工作的工程技术人员的参考资料。