計(jì)算機(jī)控制技術(shù)

前言

　　計(jì)算機(jī)控制技術(shù)是關(guān)于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的一門(mén)學(xué)科，而計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)則是計(jì)算機(jī)參與的自動(dòng)控制系統(tǒng)。近年來(lái)，隨著控制理論的不斷發(fā)展及計(jì)算機(jī)，特別是微型計(jì)算機(jī)、單片計(jì)算機(jī)性能／價(jià)格比的不斷提高，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)在工程實(shí)踐中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，有關(guān)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)、數(shù)學(xué)描述、性能分析及系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理論和方法也不斷發(fā)展和完善?！　“延?jì)算機(jī)應(yīng)用到自動(dòng)控制系統(tǒng)中去，可以使所構(gòu)成的自動(dòng)控制系統(tǒng)具有組構(gòu)方便、控制靈活、可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制算法等優(yōu)點(diǎn)，不僅為計(jì)算機(jī)開(kāi)辟了一個(gè)新的應(yīng)用領(lǐng)域，而且正逐步演變?yōu)闃?gòu)成自動(dòng)控制系統(tǒng)的一種主流方法。目前，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)已成為我國(guó)高等院校自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)應(yīng)用等類專業(yè)的一門(mén)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程?！　”緯?shū)以系統(tǒng)的組構(gòu)、系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述、系統(tǒng)的性能分析、系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)及系統(tǒng)的工程實(shí)現(xiàn)為基本線索，系統(tǒng)地介紹了計(jì)算機(jī)控制的相關(guān)理論。全書(shū)共分為8章?！　〉?章概括性地介紹了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成、結(jié)構(gòu)、工作過(guò)程，簡(jiǎn)要回顧了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)產(chǎn)生和發(fā)展的歷程，并對(duì)控制理論、控制系統(tǒng)、控制技術(shù)的發(fā)展方向進(jìn)行了展望?！　〉?章對(duì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中在數(shù)字控制器與被控對(duì)象之間進(jìn)行信號(hào)傳送及信號(hào)類型轉(zhuǎn)換的輸入／輸出通道的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了重點(diǎn)討論，包括通道的分類、組成、結(jié)構(gòu)及各組成部分的功能和作用，特別是信號(hào)類型轉(zhuǎn)換的相關(guān)問(wèn)題，包括轉(zhuǎn)換精度、速度、轉(zhuǎn)換器件及與計(jì)算機(jī)的接口等?！　〉?章介紹了線性離散系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述方法，包括經(jīng)典控制理論中，輸入／輸出模型下的時(shí)域描述和復(fù)頻域描述以及現(xiàn)代控制理論中，狀態(tài)空間模型下的狀態(tài)空間描述。建立控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述，是進(jìn)行系統(tǒng)性能分析和系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)?！　〉?章介紹了離散控制系統(tǒng)的性能及其指標(biāo)，重點(diǎn)討論了利用系統(tǒng)的復(fù)頻域描述，進(jìn)行系統(tǒng)性能分析的過(guò)程，包括系統(tǒng)穩(wěn)定性分析、系統(tǒng)輸出響應(yīng)分析、系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)準(zhǔn)確性分析等。另外，還介紹了兩種進(jìn)行系統(tǒng)性能分析的方法，即根軌跡分析法和頻率分析法?！　〉?章介紹了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，數(shù)字控制器的間接設(shè)計(jì)方法，即如何在特定的條件下，把連續(xù)域中相關(guān)的模擬控制算法轉(zhuǎn)換到離散域，形成數(shù)字控制器的控制算法，并對(duì)存在的問(wèn)題及改進(jìn)設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行了充分的討論。

內(nèi)容概要

本書(shū)系統(tǒng)性地介紹了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成、結(jié)構(gòu)、工作過(guò)程，全面闡述了線性離散系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述、性能分析和設(shè)計(jì)理論，重點(diǎn)討論了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中數(shù)字控制器的算法設(shè)計(jì)問(wèn)題，并舉例說(shuō)明了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)在生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用。全書(shū)共分為8章，每章均附有習(xí)題。    本書(shū)是結(jié)合作者多年來(lái)在課堂教學(xué)過(guò)程中對(duì)相關(guān)問(wèn)題的理解和體會(huì)寫(xiě)成的，其內(nèi)容體系完整，結(jié)構(gòu)關(guān)系清晰，敘述通俗易懂，已列入普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材。    本書(shū)既可作為高等院校自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)應(yīng)用等類專業(yè)本、專科生的教材，也可作為從事相關(guān)科研工作的工程技術(shù)人員的參考資料。

書(shū)籍目錄

前言第1章  緒論  1.1  概述  1.2  計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成及工作過(guò)程  1.3  計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的構(gòu)成及其與模擬控制系統(tǒng)的性能比較  1.4  計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分類、發(fā)展歷程和發(fā)展趨勢(shì)  1.5  計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)思路  習(xí)題一第2章  通道、接口與信號(hào)轉(zhuǎn)換技術(shù)  2.1  概述  2.2  模擬量輸入通道    2.2.1  模擬量輸入通道的組成與結(jié)構(gòu)    2.2.2  A/D轉(zhuǎn)換原理、轉(zhuǎn)換器件及與計(jì)算機(jī)的接口  2.3  模擬信號(hào)的離散與量化    2.3.1  離散與量化的實(shí)質(zhì)及數(shù)學(xué)描述    2.3.2  量化、量化誤差及量化誤差的統(tǒng)計(jì)特性    2.3.3  A/D轉(zhuǎn)換的性能分析與器件的選擇  2.4  模擬量輸出通道    2.4.1  模擬量輸出通道的組成與結(jié)構(gòu)    2.4.2  D/A轉(zhuǎn)換原理、轉(zhuǎn)換器件及與計(jì)算機(jī)的接口  2.5  模擬信號(hào)的重構(gòu)  2.6  數(shù)字量輸入/輸出通道  習(xí)題二第3章  線性離散系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述  3.1  概述  3.2  線性離散系統(tǒng)的時(shí)域描述    3.2.1  差分方程    3.2.2  差分方程的解法  3.3  Z變換的定義、性質(zhì)及Z反變換    3.3.1  Z變換的定義    3.3.2  Z變換的性質(zhì)和定理    3.3.3  擴(kuò)展的Z變換    3.3.4  Z反變換    3.3.5  用Z變換法解差分方程  3.4  線性離散系統(tǒng)的復(fù)頻域描述    3.4.1  脈沖傳遞函數(shù)的概念    3.4.2  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與脈沖傳遞函數(shù)    3.4.3  擴(kuò)展的脈沖傳遞函數(shù)  3.5  離散系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述    3.5.1  狀態(tài)空間的基本概念    3.5.2  離散狀態(tài)空間模型的基本形式    3.5.3  離散狀態(tài)方程的解法    3.5.4  狀態(tài)方程與差分方程及脈沖傳遞函數(shù)之間的相互轉(zhuǎn)換    3.5.5  離散控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)矩陣與特征方程  習(xí)題三第4章  線性離散系統(tǒng)的性能分析  4.1  線性離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析    4.1.1  系統(tǒng)穩(wěn)定性的基本概念    4.1.2  線性系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件    4.1.3  穩(wěn)定判據(jù)    4.1.4  系統(tǒng)極點(diǎn)在Z平面上的分布與系統(tǒng)單位沖激響應(yīng)之間的關(guān)系  4.2  線性離散系統(tǒng)的輸出響應(yīng)分析    4.2.1  線性離散系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析    4.2.2  線性離散系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能分析  4.3  線性離散系統(tǒng)的根軌跡分析法  4.4  線性離散系統(tǒng)的頻率分析法  習(xí)題四第5章  數(shù)字控制器的間接設(shè)計(jì)  5.1  概述  5.2  模擬控制算法的離散化  5.3  基本的PID控制算法    5.3.1  連續(xù)域中的PID控制算法    5.3.2  PID控制算法的離散化處理  5.4  飽和現(xiàn)象及其對(duì)系統(tǒng)性能的影響與抑制方法    5.4.1  飽和現(xiàn)象及其對(duì)系統(tǒng)性能的影響    5.4.2  抑制積分飽和效應(yīng)的PID控制算法    5.4.3  抑制微分飽和效應(yīng)的PID控制算法    5.4.4  其他PID控制算法  5.5  PID控制器的算法參數(shù)確定    5.5.1  確定PID控制器算法參數(shù)的理論方法    5.5.2  PID控制器算法參數(shù)實(shí)驗(yàn)整定法    5.5.3  用實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)法確定PID控制器算法參數(shù)    5.5.4  采樣周期的選擇原則  習(xí)題五第6章  數(shù)字控制器的直接設(shè)計(jì)  6.1  概述  6.2  針對(duì)理想被控對(duì)象的最少拍無(wú)差系統(tǒng)設(shè)計(jì)    6.2.1  相關(guān)的基本概念    6.2.2  系統(tǒng)響應(yīng)的準(zhǔn)確性及快速性分析    6.2.3  三種典型信號(hào)輸入作用下的最少拍無(wú)差系統(tǒng)設(shè)計(jì)    6.2.4  Φ0（z）和Φe0（z）的一般形式  6.3  針對(duì)非理想被控對(duì)象的最少拍無(wú)差系統(tǒng)設(shè)計(jì)    6.3.1  數(shù)字控制器算法D（z）的物理可實(shí)現(xiàn)性分析及補(bǔ)償設(shè)計(jì)    6.3.2  系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析及補(bǔ)償設(shè)計(jì)    6.3.3  最少拍無(wú)差系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般原則  6.4  最少拍無(wú)差系統(tǒng)的局限性及其改進(jìn)設(shè)計(jì)    6.4.1  最少拍無(wú)差系統(tǒng)的局限性    6.4.2  最少拍無(wú)紋波系統(tǒng)設(shè)計(jì)    6.4.3  改善對(duì)輸入信號(hào)類型適應(yīng)性的控制算法設(shè)計(jì)    6.4.4  非最少的有限拍控制算法設(shè)計(jì)    6.4.5  大林算法設(shè)計(jì)  6.5  數(shù)字控制器的根軌跡設(shè)計(jì)法和頻域設(shè)計(jì)法    6.5.1  數(shù)字控制器的根軌跡設(shè)計(jì)法    6.5.2  數(shù)字控制器的頻域設(shè)計(jì)法  6.6  數(shù)字控制器的程序?qū)崿F(xiàn)及計(jì)算效率分析  習(xí)題六第7章  數(shù)字控制器的現(xiàn)代設(shè)計(jì)  7.1  系統(tǒng)的可控性和可觀性  7.2  線性離散系統(tǒng)的輸出反饋設(shè)計(jì)    7.2.1  概述    7.2.2  單變量最少拍系統(tǒng)設(shè)計(jì)    7.2.3  多變量最少拍系統(tǒng)設(shè)計(jì)  7.3  基于狀態(tài)反饋的極點(diǎn)配置設(shè)計(jì)    7.3.1  直接狀態(tài)反饋下的極點(diǎn)配置設(shè)計(jì)    7.3.2  帶狀態(tài)觀察器的極點(diǎn)配置設(shè)計(jì)  7.4  基于二次型性能指標(biāo)最優(yōu)的狀態(tài)反饋設(shè)計(jì)  習(xí)題七第8章  計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工程實(shí)現(xiàn)  8.1  計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則和方法  8.2  計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟  8.3  計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)  8.4  計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)  8.5  計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的抗干擾技術(shù)及可靠性設(shè)計(jì)  8.6  計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例  習(xí)題八參考文獻(xiàn)附錄A  常用信號(hào)的拉普拉斯變換、Z變換、擴(kuò)展Z變換附錄B  線性離散系統(tǒng)根軌跡繪制法則附錄C  常見(jiàn)線性離散系統(tǒng)的根軌跡圖

圖書(shū)封面

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