计算机控制系统（十五国家课题成果）

目 录
第一章 计算机控制系统概述(1)
1．1 自动控制系统的基本结构(1)
1．2　计算机控制系统基本原理(1)
1．3 几个典型的计算机控制系统(2)
1．4 计算机控制系统的分类(4)
1．4．1　按功能及结构分类(4)
1．4．2　按控制规律分类(10)
1．4．3　按控制方式分类(11)
1．5　计算机控制系统的特点(11)
1．6　计算机控制系统的性能及其指标(11)
1．6．1　性能指标(11)
1．6．2　控制对象的特性对控制性能的影响(12)
1．7　计算机控制系统的发展(12)
1．7．1 现代计算机技术对控制技术的影响(12)
1．7．2 计算机控制技术的发展动向(14)
习题一 (15)
第二章 计算机控制系统的数学描述(16)
2．1　计算机控制系统的数学描述方法分类(16)
2．2 信号的采样与采样定理(17)
　　2．2．1　连续信号的采样(18)
2．2．2 采样定理(19)
2．2．3 信号复现与零阶保持器(21)
2．3 计算机控制系统的等效离散系统数学描述(23)
2．3．1 脉冲传递函数的定义(24)
2．3．2 开环系统脉冲传递函数(24)
2．3．3 闭环系统的脉冲传递函数(27)
2．4 采样控制系统的动态分析(29)
2．5 采样系统的稳定性(31)
2.6 采样控制系统的稳态分析(33)
习题二(34)
第三章 数字控制器的设计方法(36)
3．1 数字控制器的设计方法分类(36)
3．2　模拟控制器的离散化(36)
3.2.1 Z变换法(37)
3.2.2 带有零阶保持器的Z变换法 (37)
3.2.3 差分变换法(38)
3.2.4 双线性变换法(39)
3.2.5 各种离散化方法的比较(40)
3.3 数字PID控制(41)
3.3.1 理想微分PID控制(41)
3.3.2 实际微分PID控制(44)
3.3.3 标准PID控制算法的改进(46)
　　　　3.3.3.1 积分项的改进(46)
3.3.3.2 微分项的改进(49)
3.3.3.3 干扰的抑制(50)
3.3.4　数字PID调节的参数整定(50)
3．3．4．1 PID调节器参数对系统性能的影响(50)
3．3．4．2 采样周期的选定(51)
3．3．4．3 实验确定法整定PID参数(52)
3．3．4．4 数字PID的变参数整定(54)
3．3．4．5 数字PID参数的最优整定(55)
3．4 最少拍数字控制系统的设计(56)
3．5 最少拍无纹波控制系统设计(62)
3．6 最少拍控制系统的改进(64)
3．6．1 阻尼因子法(64)
3．6．2 非最少的有限拍控制(66)
3．7 达林算法(67)
习题三 (71)
第四章 高级数字控制器的分析与设计
4．1数字控制器状态变量分析理论基础(72)
4．1．1 状态空间与状态方程(72)
4．1．2 线性定常离散系统的状态方程描述(73)
4．1．2．l 化高阶差分方程为状态方程(73)
4．1．2．2 化脉冲传递函数为状态方程(75)
4．1．3 离散系统状态方程的解(77)
4．1．3．1 时域法(77)
4．1．3．2 频域法(77)
4．1．4 离散系统状态方程与脉冲传递函数的关系(80)
4．1．5 能控性与能观测性(81)　
4．1．5．1 能控性(82)
4．1．5．2 能观测性(83)
4．1．5．3 对偶原理(85)
　　4．1．6 坐标变换与标准型(85)
4．1．6．1 坐标变换(85)
4．1．6．2 能控标准型(85)
4．1．6．3 能观测标准型(87)
4．2　数字控制器状态变量设计法(88)
4．2．1 状态反馈极点配置控制系统的设计(88)
4．2．1．1 单输入系统状态反馈极点配置(88)
4．2．1．2 多输入系统状态反馈极点配置(91)
4．2．1．3 极点配置方法的讨论(93)
4．2．2 状态观测器的设计(93)
4．2．3 具有状态观测器的极点配置(96)
4.3 模糊控制(99)
4.3.1概况(99)
4.3.2 模糊控制原理(101)
4.3.3 模糊控制算法的设计(102)
4.3.3.1 可能性分布与模糊测度(102)
4.3．3．2 模糊性知识的规则表示(105)
4.3．3.3 常见的模糊控制规则(107)
4.3.3．4 反映控制规则的模糊关系(109)
4.3.4 基本模糊控制器(109)
4.3.4．1 查询表的建立(109)
4.3.4．2 基本模糊控制器实例(110)
4.3.5 模糊数模型的建立(113)
4.3.5．1 模糊控制器语言变量值的选取(113)
4.3.5．2 双输入单输出模糊控制器的模糊控制规则(113)
4.3.5．3 建立模糊数模型(114)
4.3.6 模糊控制方法与其它控制方法的结合(116)
4.4 专家控制(118)
4.4．1 专家系统概述(118)
4.4．1．1 什么是专家系统(118)
4.4．1．2 专家系统的基本组成(119)
4.4．1．3 专家系统的特征及类型(120)
4.4．2 专家控制系统(121)
4.4．2．1 专家控制系统的特点(121)
4.4．2．2 专家控制系统的工作原理(121)
4.4．2．3 专家控制器(124)
4.4．3 模糊专家系统(124)
4.4．3．1 模糊专家系统的基本结构(124)
4.4．3．2 不确定性推理模型(125)
习题四 (126)
第五章 过程输入输出通道技术(129)
5．1 过程输入输出通道的组成与功能(129)
5．2 过程输入输出通道的控制方式(129)
5．2．l 过程输入输出通道与CPU交换的信息类型(129)
5．2．2 过程通道的编址方式(129)
　　5．2．3 CPU对过程通道的控制方式(129)
5．2．4 过程通道接口设计应考虑的问题(131)
5．3　多路开关及采样-保持器(131)
5．3．1 多路开关与多路分配器(132)
5．3．2 采样－—保持器(137)
5．4　开关量（数字量）输出通道(139)
5．4．1 开关量（数字量）输出通道的结构形式(139)
5．４.2 开关量输出通道与CPU的接口(139)
5．4．3　功率接口技术(140)
5．5　开关量（数字量）输入通道(141)
5．5．1 开关量（数字量）输入通道的结构形式(141)
5．5．2 开关量(数字量)形式及变换(141)
5．5．3　整形与电平变换(143)
5．5．4　开关量输入通道与CPU的接口(144)
5．6　模拟量输出通道的接口技术(147)
5．6．1　D/A转换原理(147)
5．6．2　模拟量输出通道的基本结构(150)
5．6．3　8位D/A转换器及其接口技术(151)
5．6．3．1　D/A转换器的主要技术指标(151)
5．6．3．2　模拟量输入通道设计中应考虑的问题(151)
5．6．3．3　8位D/A转换器 (157)
　　5．6．3．4　8位D/A转换器与微机的接口及程序设计(161)
5．6．4 高于8位的D/A转换器及其接口设计(164)
5．7　模拟量输入通道(167)
5．7．1　模拟量输入通道的基本结构(167)
5．7．2 　A/D转换原理(167)
5．7．2．1　逐次逼近式A/D转换器(167)
5．7．2．2 双斜率积分式A/D转换器(169)
5．7．2．3 ∑-△A／D转换器(171)
　　5．7．2．4 电压／频率变换器(VFC)作A／D转换器(172)
5．7．3　逐次逼近式A/D转换器及其接口(173)
5．7．3．1 A/D转换器的主要技术指标(173)
5．7．3．2 模拟量输入通道设计中应考虑的问题(174)
5．7．3．3　8位A/D转换器及其接口(175)
5．7．3．4 高于8位的A/D转换器及其接口(184)
习题五(189)
第六章　数据处理技术(191)
6．1 查表技术(191)
6．1．1 顺序查表法(192)
6．1．2 计算查表法(192)
6．1．3　对分查表法(192)
6．2 数字滤波技术(193)
6．2．1 程序判断滤波(193)
6．2．2 中值滤波(195)
6．2．3 算术平均值滤波(196)
6．2．4 加权平均值滤波(196)
6．2．5 滑动平均值滤波(197)
6．2．6 RC低通数字滤波(197)
6．2．7 复合数字滤波(198)
6．2．8 各种数字滤波性能的比较(199)
6．3 量程自动转换和标度变换(199)
6．3．1 量程自动转换(199)
6．3．2 线性参数标度变换(203)
6．3．3 非线性参数标度变换(204)
6．4 测量数据预处理技术(205)
6．4．1 线性插值算法(205)
6．4．2 分段插值算法程序的设计方法(206)
6．4．3 插值法在流量测量中的应用(207)
6．4．4 系统误差的自动校正(208)
习题六(209)
第七章　网络控制系统概述(210)
7.1　集散控制系统简介(210)
7.1.1 集散控制系统的发展历程(210)
7.1.2 集散控制系统的主要组成部分(210)
7.1.3 JX-300X集散控制系统(213)
7.2 现场总线技术简介(214)
7.2.1 传统控制系统向基于现场总线的控制系统演变(214)
7.2.2 现场总线技术的特点(215)
7.2.3　典型现场总线简介(216)
7.2.4 现场总线PROFIBUS技术要点(219)
7.2.4.1 PROFIBUS概貌(219)
7.2.4.2 PRFIBUS基本特性(219)
7.2.4.3 PROFIBUS-DP(222)
7.2.4.4 PROFIBUS-PA(227)
7.2.4.5 PROFIBUS-FMS (228)
7．3 中国国家标准《用于测量与控制系统的EPA系统结构与通信标准》简介(229)
7．3．1　背景与动机(229)
7．3．2 范围(230)
7．3．3 EPA系统模型(230
7．3．4 EPA系统结构(231)
7．3．5 网络拓扑结构(231)
7．3．6 EPA设备(233)
7．3．7 EPA网络通信与调度(234)
7．3．8 实时EPA通信与非实时网络通信的并行运行管理(236)
7．3．9 EPA通信模型(236)
7．3．10 EPA实时通信管理接口(239)
7．3．11 EPA应用层(240)
7．3．12　EPA管理功能块(241)
7．3．13　EPA网络冗余管理功能块(243)
7．3．14　EPA电子设备描述(243)
7．3．15　EPA设备间的通信过程(244)
习题七(247)
第八章 计算机控制系统设计与实现(248)
8．1 计算机控制系统的设计原则(248)
8. 2 计算机控制系统的设计方法(249)
8．3 控制系统中的可靠性技术(255)
8．3．1 多重化结构技术(255)
8．3．2 控制系统的抗干扰措施(256)
8．3．3 软件设计的可靠性措施(260)
8．3．4 重视安装工艺措施(260)
8．4 加热炉温度控制系统(261)
8．4．1 温度控制系统的组成(261)
8．4．2 温度控制系统的硬件设计(262)
　　　　8．4．3 数字控制器的数学模型（266）
　　　　8．4．4 温度控制系统软件设（268）
　　　　8．4．5 手动后援问题（273）
　　8．5 基于EPA标准的蓝牙/以太网混合测控试验系统(274)
　　　　8．5．1 系统设计(274)
8．5．2 带接入功能的EPA蓝牙控制器(275)
8．5．3 EPA蓝牙测控模块(277)
8．5．4 EPA控制器(279)
8．5．5 上位机监控软件设计(280)
8．5．6 系统实验结果(281)
习题八 (282)
参考文献 (283)