計算機控制系統(tǒng)

前言
第1章 概論
1.1 計算機控制系統(tǒng)的基本原理與組成
1.1.1 計算機控制系統(tǒng)的基本原理
1.1.2 計算機控制系統(tǒng)的組成
1.2 計算機控制系統(tǒng)的分類
1.2.1 按控制方式分類
1.2.2 按功能和系統(tǒng)構(gòu)成分類
1.2.3 按控制規(guī)律分類
1.3 計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展
1.3.1 計算機技術(shù)對控制技術(shù)的影響
1.3.2 計算機控制理論的發(fā)展
1.3.3 計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢
習題
第2章 計算機控制系統(tǒng)的分析
2.1 計算機控制系統(tǒng)中信號的變換
2.1.1 模數(shù)轉(zhuǎn)換與采樣定理
2.1.2 數(shù)模轉(zhuǎn)換與零階保持器
2.1.3 計算機控制系統(tǒng)的簡化框圖
2.2 計算機控制系統(tǒng)的z傳遞函數(shù)
2.2.1 數(shù)字控制器的z傳遞函數(shù)
2.2.2 連續(xù)部分的z傳遞函數(shù)
2.2.3 閉環(huán)z傳遞函數(shù)
2.3 計算機控制系統(tǒng)的特性分析
2.3.1 穩(wěn)定性
2.3.2 穩(wěn)態(tài)誤差
2.3.3 動態(tài)性能
習題
第3章 數(shù)字PID控制器
3.1 PID控制算法
3.1.1 模擬PID調(diào)節(jié)器
3.1.2 數(shù)字PID控制算法
3.2 標準PID控制算法的改進
3.2.1 “飽和”作用的抑制
3.2.2 干擾的抑制
3.2.3 給定值突變時對控制量進行阻尼的算法
3.2.4 其他修改算法
3.3 非線性PID控制器
3.3.1 帶死區(qū)的PID控制
3.3.2 時間最優(yōu)PID控制
3.4 數(shù)字PID控制器參數(shù)的整定
3.4.1 整定的基本步驟
3.4.2 經(jīng)驗法
3.4.3 實驗法
3.4.4 參數(shù)的自整定
3.4.5 PID參數(shù)尋優(yōu)
3.4.6 采樣周期的選擇
3.5 純滯后的補償——Smith預估補償
3.6 PID串級控制
3.6.1 串級控制系統(tǒng)的分析
3.6.2 數(shù)字PID串級控制系統(tǒng)
3.6.3 主、副調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的選擇
3.6.4 串級調(diào)節(jié)器的整定方法
3.6.5 副回路微分先行串級控制
習題
第4章 數(shù)字控制器的直接設計方法
4.1 數(shù)字控制器的直接設計步驟
4.2 最少拍有紋波控制器設計
4.2.1 由系統(tǒng)的準確性確定Φ（z）
4.2.2 由系統(tǒng)的快速性確定Φ（z）
4.2.3 由D（z）的物理可實現(xiàn)性確定Φ（z）
4.2.4 由系統(tǒng)的穩(wěn)定性確定Φ（z）
4.3 最少拍無紋波控制器設計
4.3.1 紋波產(chǎn)生的原因
4.3.2 最少拍無紋波控制器設計方法
4.4 慣性因子法
4.4.1 有限拍系統(tǒng)的局限性
4.4.2 慣性因子法簡介
4.5 大林算法
4.5.1 大林算法的基本形式
4.5.2 振鈴的強弱及振鈴消除方法
習題
第5章 基于狀態(tài)空間模型的設計法
5.1 控制系統(tǒng)的離散狀態(tài)空間描述
5.1.1 連續(xù)系統(tǒng)的精確離散化概述
5.1.2 線性系統(tǒng)的離散化
5.1.3 一類仿射非線性系統(tǒng)的精確離散化
5.1.4 離散系統(tǒng)的解
5.2 離散系統(tǒng)的能控性、能觀性與穩(wěn)定性
5.2.1 離散系統(tǒng)的能控性
5.2.2 離散系統(tǒng)的能觀性
5.2.3 穩(wěn)定性分析
5.3 極點配置設計法
5.3.1 基于極點配置的狀態(tài)反饋控制規(guī)律設計
5.3.2 基于極點配置的觀測器設計
5.3.3 基于極點配置的控制器設計
5.4 線性二次型最優(yōu)控制
5.4.1 LQR問題的描述
5.4.2 二次型性能指標函數(shù)的離散化
5.4.3 LQR最優(yōu)控制規(guī)律的計算
5.4.4 LQR與Liapunov最優(yōu)狀態(tài)反饋設計的關(guān)系
5.4.5 LQ設計與極點配置設計的比較
習題
第6章 模糊控制
6.1 模糊控制的數(shù)學基礎
6.1.1 模糊集合
6.1.2 模糊關(guān)系與模糊矩陣
6.1.3 模糊邏輯與模糊推理
6.2 模糊控制系統(tǒng)
6.2.1 模糊控制的基本原理
6.2.2 模糊控制系統(tǒng)的分類
6.2.3 模糊控制器設計的基本方法
6.3 從實例中看模糊控制
6.3.1 基于Mamdani模糊推理的溫度和壓力過程控制
6.3.2 洗衣機洗滌時間的自動調(diào)節(jié)設計
6.3.3 模糊自適應整定PID控制
6.3.4 基于Sugeno模糊推理的倒立擺模糊控制
6.4 模糊控制的優(yōu)點及其所面臨的主要任務
習題
第7章 控制用計算機簡介
7.1 工業(yè)控制計算機
7.1.1 工控機的特點
7.1.2 工業(yè)控制計算機系統(tǒng)的組成
7.1.3 工控機總線介紹
7.2 可編程序控制器
7.2.1 PLC的基本組成
7.2.2 PLC的工作原理
7.2.3 PLC控制系統(tǒng)
7.3 單片機
7.3.1 單片機控制系統(tǒng)
7.3.2 ATMEL51系列單片機簡介
7.4 ARM處理器
7.4.1 ARM處理器概述
7.4.2 ARM體系結(jié)構(gòu)
7.4.3 三星S3C44B0X處理器簡介
7.5 數(shù)字信號處理器
7.5.1 DSP芯片概述
7.5.2 DSP芯片的基本結(jié)構(gòu)
7.5.3 TMS320C2000系列DSP簡介
習題
第8章 過程通道
8.1 過程通道的作用
8.2 模擬量輸出通道
8.2.1 模擬量輸出通道的結(jié)構(gòu)形式
8.2.2 D/A轉(zhuǎn)換器
8.3 模擬量輸入通道
8.3.1 信號處理器
8.3.2 多路轉(zhuǎn)換器（多路開關(guān)）
8.3.3 放大器
8.3.4 采樣保持器
8.3.5 A/D轉(zhuǎn)換器
8.4 開關(guān)量（數(shù)字量）輸入輸出通道
8.4.1 數(shù)字量輸入調(diào)理
8.4.2 數(shù)字量輸出調(diào)理
8.5 信號的標度變換
8.5.1 量程自動轉(zhuǎn)換
8.5.2 線性參數(shù)標度變換
8.5.3 非線性參數(shù)標度變換
8.6 數(shù)字濾波技術(shù)
習題
第9章 控制網(wǎng)絡技術(shù)
9.1 控制網(wǎng)絡和信息網(wǎng)絡的區(qū)別
9.2 控制網(wǎng)絡的體系結(jié)構(gòu)
9.3 分級遞階控制策略
9.3.1 分解—協(xié)調(diào)的基本原理
9.3.2 多目標最優(yōu)決策
9.4 控制網(wǎng)絡配置結(jié)構(gòu)
9.4.1 控制網(wǎng)絡的硬件體系
9.4.2 控制網(wǎng)絡的組態(tài)軟件
9.5 現(xiàn)場總線技術(shù)
9.5.1 現(xiàn)場總線的技術(shù)特點
9.5.2 現(xiàn)場總線的通信標準
9.5.3 幾種有影響的現(xiàn)場總線
9.6 基于Internet的遠程控制
習題
第10章 計算機控制系統(tǒng)的電磁兼容技術(shù)
10.1 電磁兼容概述
10.1.1 干擾源及其作用形式
10.1.2 干擾的傳播途徑
10.2 電磁干擾抑制技術(shù)
10.2.1 濾波
10.2.2 屏蔽
10.2.3 接地
10.2.4 隔離
10.2.5 供電技術(shù)
10.3 信號的長線傳輸
10.3.1 串擾噪聲
10.3.2 信號反射
習題
第11章 計算機控制系統(tǒng)設計
11.1 計算機控制系統(tǒng)設計的基本要求和特點
11.1.1 系統(tǒng)設計的基本要求
11.1.2 系統(tǒng)設計的特點
11.2 系統(tǒng)設計的一般步驟
11.2.1 確定任務
11.2.2 建模和確定控制方法
11.2.3 總體方案設計
11.2.4 硬件和軟件的具體設計
11.2.5 軟硬件聯(lián)調(diào)
11.2.6 離線仿真——實驗室模擬運行
11.2.7 現(xiàn)場調(diào)試、試運行
11.2.8 驗收或鑒定——系統(tǒng)性能評估
11.3 計算機控制系統(tǒng)設計實例
11.3.1 啤酒發(fā)酵過程計算機控制系統(tǒng)
11.3.2 高精度位置伺服系統(tǒng)
11.3.3 雙輪自平衡車控制系統(tǒng)
第12章 實驗
12.1 實驗裝置介紹及基本實驗方法
12.1.1 實驗裝置的基本結(jié)構(gòu)及硬件資源
12.1.2 虛擬示波器的使用
12.1.3 編程軟件的基本操作
12.2 計算機控制系統(tǒng)的典型實驗
12.2.1 A/D、D/A轉(zhuǎn)換實驗
12.2.2 數(shù)字濾波器實驗
12.2.3 積分分離數(shù)字PID控制
12.2.4 狀態(tài)反饋與狀態(tài)觀測器
12.2.5 大林算法實驗
12.2.6 模糊控制實驗
12.2.7 冷熱箱控制實驗
12.2.8 風扇調(diào)速實驗
附錄 常用函數(shù)的拉氏變換和z變換表
參考文獻