計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

前言

計(jì)算機(jī)的參與，是現(xiàn)代化的自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的前提條件。隨著微電子學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，要獲得比模擬控制系統(tǒng)更好的控制性能，使控制系統(tǒng)具備新的功能，只有使用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。如果將計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)僅僅看作模擬控制系統(tǒng)的近似是很不夠的，因?yàn)闆](méi)有看到計(jì)算機(jī)控制的全部潛在能力。因此，熟練掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，就能夠充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)控制的全部潛能。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)存在著一些模擬控制系統(tǒng)所沒(méi)有的現(xiàn)象，因此對(duì)其分析就要采取相應(yīng)的理論。本書(shū)討論的是采用計(jì)算機(jī)作為標(biāo)準(zhǔn)控制部件的數(shù)字控制系統(tǒng)，即計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。由于系統(tǒng)中采用了計(jì)算機(jī)，要處理的是離散數(shù)字信息，所以相對(duì)連續(xù)控制系統(tǒng)而言，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)也可以叫做離散控制系統(tǒng)。本書(shū)的主要目的是使讀者牢固掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論知識(shí)。這些知識(shí)對(duì)于自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)、自動(dòng)控制等相關(guān)專(zhuān)業(yè)的教學(xué)是必不可少的內(nèi)容，對(duì)于從事控制系統(tǒng)方面的工程技術(shù)人員來(lái)說(shuō)也是必備的基礎(chǔ)。本書(shū)從第2章開(kāi)始討論計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中信號(hào)的類(lèi)型，并通過(guò)對(duì)離散信號(hào)的頻譜分析弓i出采樣定理。第3章介紹計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)——z變換。重點(diǎn)介紹z變換定義及其重要性質(zhì)和定理。第4章講述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述及脈沖傳遞函數(shù)，弓l出描述離散系統(tǒng)的差分方程及脈沖傳遞函數(shù)的概念，討論離散系統(tǒng)方框圖變換方法。第5章介紹計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)特性分析及系統(tǒng)穩(wěn)定性判定方法。第6章、第7章討論有關(guān)數(shù)字控制器設(shè)計(jì)問(wèn)題。第6章講述連續(xù)域一離散化設(shè)計(jì)方法，即在已設(shè)計(jì)出連續(xù)控制器后，采用適當(dāng)?shù)姆椒▽⑦B續(xù)控制器離散化。本章對(duì)一些離散化方法作了重點(diǎn)討論，同時(shí)，還對(duì)當(dāng)前用得較多的數(shù)字PID控制器的設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的研究，討論了改進(jìn)方法。第7章講述直接離散化設(shè)計(jì)方法。它是根據(jù)所要求的性能指標(biāo)以及過(guò)程的脈沖傳遞函數(shù)，直接設(shè)計(jì)出數(shù)字控制器。這種設(shè)計(jì)方法目前正在大力探討和發(fā)展。另外，還講述了快速對(duì)象的最少拍控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及具有大慣性、純滯后被控對(duì)象的慢速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對(duì)一些有效的預(yù)估控制決策進(jìn)行了探討。第8章介紹數(shù)字控制器的實(shí)現(xiàn)問(wèn)題，根據(jù)實(shí)現(xiàn)方框圖，可以編寫(xiě)控制程序。第8章的內(nèi)容，是學(xué)習(xí)第9章內(nèi)容的基礎(chǔ)。第9章講述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間分析方法和有限拍系統(tǒng)設(shè)計(jì)。之所以將計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間分析和設(shè)計(jì)方法單獨(dú)成立一章，是為教學(xué)內(nèi)容取舍提供方便。

內(nèi)容概要

　　《計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)》為“教育科學(xué)‘十五’國(guó)家規(guī)劃課題研究成果”。從工程的角度出發(fā)，系統(tǒng)地介紹計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的最基本理論，重點(diǎn)突出，簡(jiǎn)明易懂。與MATLAB緊密結(jié)合。書(shū)中的每道例題都經(jīng)過(guò)MATLAB仿真并給出仿真結(jié)果，具有嚴(yán)謹(jǐn)性和可信性。全書(shū)共9章，分別是：緒論，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的信號(hào)特征，Z變換，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述及脈沖傳遞函數(shù)，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)特性分析，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)連續(xù)域-離散化設(shè)計(jì)方法，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的直接設(shè)計(jì)方法，數(shù)字控制器的實(shí)現(xiàn)，線(xiàn)性離散系統(tǒng)的離散狀態(tài)空間分析、設(shè)計(jì)方法。《計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)》適用于高等院校電氣信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)，也可供職業(yè)技術(shù)學(xué)院、專(zhuān)科學(xué)校、成人高校相關(guān)專(zhuān)業(yè)學(xué)生參考。

書(shū)籍目錄

第1章 緒 論 11.1 概述11.1.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)11.1.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成21.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的類(lèi)型、特點(diǎn)41.2.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的類(lèi)型41.2.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)71.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)展概況及趨勢(shì)81.4 計(jì)算機(jī)控制理論的發(fā)展 101.5 本書(shū)的安排12習(xí)題13第2章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的信號(hào)特征 142.1信息變換原理142.1.1 數(shù)字控制系統(tǒng)方框圖及系統(tǒng)信息142.1.2 采樣過(guò)程及理想采樣信號(hào)的特征152.1.3 采樣定理212.2 采樣信號(hào)的恢復(fù)與保持器242.2.1 理想濾波器252.2.2 零階保持器262.2.3 一階保持器29習(xí)題33第3章 Z變換 353.1 Z變換定義353.1.1 Z變換定義及表達(dá)式353.1.2 簡(jiǎn)單函數(shù)的Z變換373.2 Z變換的重要性質(zhì)和定理433.3 Z反變換523.3.1 冪級(jí)數(shù)展開(kāi)法533.3.2 部分分式法553.3.3 反演積分法（留數(shù)法）61習(xí)題65第4章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述及脈沖傳遞函數(shù)684.1 離散系統(tǒng)684.2 差分方程694.2.1 線(xiàn)性常系數(shù)差分方程694.2.2 差分方程求解704.3 脈沖傳遞函數(shù)764.3.1 脈沖傳遞函數(shù)的定義764.3.2 脈沖傳遞函數(shù)的求取774.4 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)脈沖傳遞函數(shù)及系統(tǒng)方框圖變換方法804.4.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)脈沖傳遞函數(shù)804.4.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)方框圖分析86習(xí)題92第5章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)特性分析955.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析955.1.1 連續(xù)系統(tǒng)穩(wěn)定性及穩(wěn)定條件955.1.2 S平面與Z平面的映射關(guān)系965.1.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性975.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析1015.2.1 通過(guò)雙線(xiàn)性變換進(jìn)行穩(wěn)定性分析1015.2.2 朱里（JURY）穩(wěn)定性準(zhǔn)則1055.2.3 采樣周期對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響1105.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程1125.3.1 閉環(huán)離散系統(tǒng)的暫態(tài)響應(yīng)1135.3.2 修正Z變換1175.3.3 含有滯后環(huán)節(jié)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的輸出響應(yīng)1215.3.4 利用修正Z變換求采樣點(diǎn)之間的信息1235.4 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差分析1275.4.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差與穩(wěn)態(tài)誤差系數(shù)1275.4.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)干擾輸入作用的響應(yīng)133習(xí)題136第6章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)連續(xù)域-離散化設(shè)計(jì)方法1396.1 連續(xù)域-離散化設(shè)計(jì)的基本原理1396.2 連續(xù)控制器的離散化方法1416.2.1 后向差分法1426.2.2 前向差分法1456.2.3 雙線(xiàn)性變換法1466.2.4 具有頻率預(yù)畸的雙線(xiàn)性變換法1486.2.5 脈沖響應(yīng)不變法1536.2.6 階躍響應(yīng)不變法1546.2.7 匹配零、極點(diǎn)映射法1556.3 數(shù)字PID控制器設(shè)計(jì)1606.3.1 典型PID控制1616.3.2 數(shù)字PID控制器參數(shù)的整定1696.3.3 PID數(shù)字控制器算法的改進(jìn)172習(xí)題175第7章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的直接設(shè)計(jì)方法1797.1 最少拍數(shù)字控制器設(shè)計(jì)方法1807.1.1 控制量初值不加規(guī)定的最少拍數(shù)字控制器設(shè)計(jì)1807.1.2 規(guī)定控制量的最少拍數(shù)字控制器設(shè)計(jì)1887.2 最少拍數(shù)字控制器的一般設(shè)計(jì)方法1937.2.1 最少拍有紋波系統(tǒng)確定閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù) 的一般方法1937.2.2 最少拍無(wú)紋波系統(tǒng)設(shè)計(jì)2007.3 純滯后系統(tǒng)數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)（Dahlin算法）2047.3.1 數(shù)字控制器 的形2047.3.2 振鈴現(xiàn)象及其消除2067.3.3 具有純滯后系統(tǒng)數(shù)字控制器直接設(shè)計(jì)的步驟2127.4 施密斯（Smith）預(yù)估補(bǔ)償算法2127.5 滯后過(guò)程的預(yù)估控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)215習(xí)題218第8章 數(shù)字控制器的實(shí)現(xiàn)2218.1 直接結(jié)構(gòu)法2218.1.1 直接程序法2218.1.2 標(biāo)準(zhǔn)程序法2228.2 間接結(jié)構(gòu)法2248.2.1 串聯(lián)程序法2248.2.2 并聯(lián)程序法2258.2.3 梯形程序法2278.3 無(wú)限脈沖響應(yīng)數(shù)字控制器和有限脈沖響應(yīng)數(shù)字控制器2318.3.1 無(wú)限脈沖響應(yīng)數(shù)字控制器2318.3.2 有限脈沖響應(yīng)數(shù)字控制器2328.3.3 有限脈沖響應(yīng)數(shù)字控制器的實(shí)現(xiàn)232習(xí)題237第9章 線(xiàn)性離散系統(tǒng)的離散狀態(tài)空間分析、設(shè)計(jì)方法2409.1 線(xiàn)性離散系統(tǒng)的離散狀態(tài)空間分析法2409.1.1 線(xiàn)性離散系統(tǒng)的離散狀態(tài)空間表達(dá)式2409.1.2 由差分方程導(dǎo)出離散狀態(tài)空間表達(dá)式2429.1.3 線(xiàn)性離散系統(tǒng)狀態(tài)方程的求解2479.1.4 線(xiàn)性離散系統(tǒng)的Z傳遞矩陣2519.1.5 線(xiàn)性離散系統(tǒng)的Z特征方程2539.1.6 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的離散狀態(tài)空間表達(dá)式2579.1.7 用離散狀態(tài)空間法分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性2619.2 線(xiàn)性系統(tǒng)離散狀態(tài)空間設(shè)計(jì)2649.2.1 離散系統(tǒng)的能控性和能觀性2649.2.2 離散狀態(tài)空間有限拍系統(tǒng)設(shè)計(jì)法269習(xí)題282參考文獻(xiàn) 286

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《計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)》由高等教育出版社出版。

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