計算機控制系統(tǒng)（第三版）

目錄
前言
第1章 計算機控制系統(tǒng)概述 1
1.1 引言 1
1.2 計算機控制系統(tǒng)的基本概念 1
1.2.1 計算機控制系統(tǒng)的組成 1
1.2.2 計算機控制系統(tǒng)的應用要求 3
1.2.3 計算機控制系統(tǒng)的性能指標 4
1.3 計算機控制系統(tǒng)的過程通道和總線接口技術 4
1.3.1 過程通道 5
1.3.2 總線接口技術 7
1.4 模擬與數字信號之間的相互轉換 9
1.4.1 D/A轉換及其誤差 9
1.4.2 A/D轉換及其誤差 11
1.5 計算機控制系統(tǒng)的基本內容 13
1.5.1 信號變換問題 13
1.5.2 對象建模與性能分析 13
1.5.3 控制算法設計 13
1.5.4 控制系統(tǒng)仿真分析 13
1.5.5 控制系統(tǒng)實現技術 14
1.6 計算機控制系統(tǒng)的基本類型 14
本章小結 18
習題與思考題 18
第2章 信號轉換與z變換 19
2.1 引言 19
2.2 信號變換原理 19
2.2.1 計算機控制系統(tǒng)信號轉換分析 19
2.2.2 采樣過程及采樣函數的數學表示 20
2.2.3 采樣函數的頻譜分析及采樣定理 22
2.2.4 采樣周期 T的討論 24
2.3 采樣信號恢復與保持器 25
2.3.1 零階保持器 27
2.3.2 一階保持器 29
2.4 信號轉換的工程化技術 30
2.4.1 A/D轉換的基本工程化技術 30
2.4.2 D/A轉換的基本工程化技術 34
2.5 z變換 37
2.5.1 z變換的定義 37
2.5.2 z變換的方法 39
2.5.3 z變換的基本定理 43
2.6 z反變換 49
2.6.1 長除法 49
2.6.2 部分分式法 50
2.6.3 留數法 53
2.7 擴展z變換 55
2.7.1 擴展z變換的定義 55
2.7.2 幾種典型函數的擴展z變換 57
本章小結 59
習題與思考題 60
第3章 計算機控制系統(tǒng)的數學描述與性能分析 62
3.1 引言 62
3.2 線性常系數差分方程 62
3.2.1 離散系統(tǒng)與差分方程 62
3.2.2 差分方程求解 63
3.3 脈沖傳遞函數 67
3.3.1 脈沖傳遞函數的定義 68
3.3.2 脈沖傳遞函數的推導 68
3.3.3 離散系統(tǒng)的框圖分析 70
3.3.4 計算機控制系統(tǒng)的脈沖傳遞函數 74
3.4 計算機控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析 77
3.4.1 離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性條件 77
3.4.2 s平面與z平面的映射分析 78
3.4.3 采樣周期與系統(tǒng)穩(wěn)定性關系 81
3.5 計算機控制系統(tǒng)的代數穩(wěn)定性判據 82
3.5.1 勞斯穩(wěn)定性判據 82
3.5.2 朱利穩(wěn)定性判據 84
3.6 計算機控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)過程分析 88
3.6.1 穩(wěn)態(tài)誤差與誤差系數 88
3.6.2 系統(tǒng)類型與穩(wěn)態(tài)誤差 90
3.6.3 采樣周期對穩(wěn)態(tài)誤差的影響 91
3.7 計算機控制系統(tǒng)暫態(tài)過程分析 93
3.7.1 z平面極點分布與暫態(tài)響應的關系 93
3.7.2 采樣周期對暫態(tài)響應的影響 95
3.8 計算機控制系統(tǒng)的頻域特性分析 98
3.8.1 離散系統(tǒng)的頻域描述 98
3.8.2 離散系統(tǒng)頻域穩(wěn)定性分析 98
3.8.3 離散系統(tǒng)伯德圖分析 100
本章小結 103
習題與思考題 103
第4章 數字控制器的模擬化設計方法 106
4.1 引言 106
4.2 模擬化設計方法基本原理 106
4.3 連續(xù)控制器的離散化方法 108
4.3.1 z變換法 108
4.3.2 差分變換法 109
4.3.3 雙線性變換法 112
4.3.4 零極點匹配法 114
4.4 數字PID控制器 115
4.4.1 基本數字PID控制算法 115
4.4.2 數字PID控制算法的工程化改進 117
4.4.3 數字PID控制器的參數整定 121
4.5 Smith預估控制 124
4.5.1 純滯后問題的提出 124
4.5.2 Smith預估控制設計原理 125
4.5.3 Smith預估控制算法的工程化改進 128
本章小結 131
習題與思考題 131
第5章 數字控制器的直接設計方法 133
5.1 引言 133
5.2 直接設計方法基本原理 133
5.3 *小拍控制器的設計方法 135
5.3.1 簡單對象*小拍控制器設計 135
5.3.2 復雜對象*小拍控制器設計 140
5.4 昀小拍控制器的工程化改進 145
5.4.1 *小拍控制系統(tǒng)存在的問題 145
5.4.2 *小拍無紋波控制器的設計 146
5.4.3 針對輸入信號類型敏感問題的改進 150
5.4.4 針對模型參數變化敏感問題的改進 154
5.5 大林算法 157
5.5.1 大林算法設計原理 157
5.5.2 振鈴現象及其消除方法 160
5.6 大林算法工程應用中關鍵參數的選擇 163
5.6.1 解決振鈴現象中關鍵參數的選擇 163
5.6.2 解決分數時滯問題中關鍵參數的選擇 165
5.7 數字控制器的程序實現 169
5.7.1 直接程序設計法 169
5.7.2 串聯程序設計法 170
5.7.3 并行程序設計法 171
本章小結 173
習題與思考題 173
第6章 基于狀態(tài)空間模型的極點配置設計方法 175
6.1 引言 175
6.2 狀態(tài)空間描述的基本概念 175
6.2.1 系統(tǒng)動態(tài)過程的兩類描述 175
6.2.2 有關狀態(tài)空間描述的基本定義 176
6.3 離散系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型 177
6.3.1 離散狀態(tài)空間模型的建立 177
6.3.2 離散狀態(tài)方程的求解 183
6.3.3 離散狀態(tài)空間模型與z傳遞函數之間的關系 184
6.4 系統(tǒng)的能控性與能觀性 185
6.4.1 能控性與能觀性的概念 185
6.4.2 能控性判據與能觀性判據 186
6.4.3 能控標準型與能觀標準型 187
6.5 狀態(tài)可測時按極點配置設計控制規(guī)律 189
6.6 按極點配置設計觀測器 195
6.6.1 預報觀測器 195
6.6.2 現時觀測器 198
6.6.3 降階觀測器 200
6.7 狀態(tài)不可測時控制器的設計 201
6.7.1 分離性原理 201
6.7.2 控制器設計 203
6.8 隨動系統(tǒng)的設計 205
本章小結 206
習題與思考題 206
第7章先進控制規(guī)律的設計方法 208
7.1 引言 208
7.2 線性二次型昀優(yōu)控制器的設計 208
7.2.1 概述 208
7.2.2 LQR*優(yōu)控制器設計 209
7.2.3 跟蹤系統(tǒng)設計 213
7.3 自校正控制器的設計 214
7.3.1 概述 214
7.3.2 *小二乘參數辨識算法 215
7.3.3 自校正控制器設計 219
7.4 模型預測控制器的設計 222
7.4.1 概述 222
7.4.2 預測模型 224
7.4.3 預測控制算法 227
7.5 模糊控制器的設計 232
7.5.1 概述 232
7.5.2 模糊控制原理 235
7.5.3 模糊PID控制器設計 239
本章小結 243
習題與思考題 243
第8章 基于網絡的控制技術 244
8.1 引言 244
8.2 網絡控制系統(tǒng)概述 244
8.2.1 網絡控制系統(tǒng)的基本概念 244
8.2.2 網絡控制系統(tǒng)的研究內容 246
8.3 網絡控制系統(tǒng)建模與控制器設計 247
8.3.1 網絡控制系統(tǒng)時延特性 247
8.3.2 PID網絡控制器設計 249
8.4 云控制系統(tǒng)概述 252
8.4.1 云控制系統(tǒng)的基本概念 252
8.4.2 云控制系統(tǒng)的研究內容 254
8.5 云控制系統(tǒng)建模與控制器設計 255
8.5.1 云控制系統(tǒng)時延特性 255
8.5.2 極點配置云控制器設計 261
本章小結 267
習題與思考題 268
第9章 計算機控制系統(tǒng)仿真分析 269
9.1 引言 269
9.2 系統(tǒng)仿真的概念及分類 269
9.2.1 系統(tǒng)仿真的基本概念 269
9.2.2 系統(tǒng)仿真的分類 269
9.2.3 計算機仿真的基本過程 270
9.2.4 MATLAB仿真軟件簡介 272
9.3 計算機控制系統(tǒng)信號仿真分析 274
9.3.1 信號的種類 274
9.3.2 脈沖采樣與MATLAB仿真 276
9.3.3 保持器與MATLAB仿真 277
9.4 計算機控制系統(tǒng)模型描述與性能仿真分析 280
9.4.1 離散傳遞函數模型 280
9.4.2 離散狀態(tài)空間模型 281
9.4.3 離散系統(tǒng)的模型辨識 282
9.4.4 神經網絡建模 288
9.4.5 計算機控制系統(tǒng)頻域性能的仿真分析 290
9.5 數字控制器設計及其仿真 293
9.5.1 比例控制器設計 293
9.5.2 比例積分控制器設計 296
9.5.3 比例積分微分控制器設計 300
本章小結 302
習題與思考題 303
第10章 計算機控制系統(tǒng)的設計與實現 304
10.1 引言 304
10.2 計算機控制系統(tǒng)的設計原則與設計方法 304
10.2.1 設計原則 304
10.2.2 設計方法 305
10.3 計算機控制系統(tǒng)的硬件設計 306
10.3.1 執(zhí)行機構與驅動技術 306
10.3.2 檢測機構與傳感器技術 306
10.4 計算機控制系統(tǒng)的軟件設計 307
10.4.1 控制對象分析 307
10.4.2 數字控制器的實現問題 308
10.4.3 信號的數字濾波技術 309
10.5 數字控制器程序實現的性能分析 310
10.5.1 計算機控制系統(tǒng)的數值誤差來源 310
10.5.2 數字控制器的精度確定原則及保證措施 312
10.5.3 微分環(huán)節(jié)的處理措施與工程實現方法 316
10.5.4 數字控制器誤差及執(zhí)行時間的檢驗方法 320
10.5.5 控制算法不同編排結構的優(yōu)缺點分析 321
10.6 量化效應與采樣周期誤差分析 322
10.6.1 A/D轉換的量化誤差與孔徑誤差 322
10.6.2 采樣周期造成的誤差 322
10.7 計算機控制系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術 326
10.7.1 提高可靠性的措施 326
10.7.2 干擾的來源及傳播途徑 327
10.7.3 消除或抑制干擾影響的方法 328
本章小結 331
習題與思考題 332
參考文獻 333