计算机控制系统

目录
第1章 绪论 1
1.1 自动控制系统概述 1
1.2 计算机控制系统的组成和基本原理 2
1.3 常用计算机控制系统主机 4
1.3.1 工控机 4
1.3.2 可编程逻辑控制器 5
1.3.3 单片机 5
1.3.4 数字信号处理器 6
1.3.5 ARM 处理器 7
1.4 计算机控制系统的特点 7
1.5 典型计算机控制系统 8
1.6 计算机控制系统分类 9
1.6.1 按功能和结构特点分类 9
1.6.2 按控制规律分类 12
1.7 计算机控制系统的发展趋势 13
习题 14
第2章 计算机输入/输出接口与过程通道 15
2.1 总线技术 15
2.1.1 总线的基本概念及特点 15
2.1.2 总线的分类 16
2.1.3 总线标准 17
2.1.4 常用外部总线 18
2.2 数字量输入通道 18
2.3 数字量输出通道 20
2.4 模拟量输入通道 22
2.4.1 传感器及其测量线路 22
2.4.2 信号调节放大电路 30
2.4.3 数据采集与处理方法 35
2.4.4 A/D 转换器 38
2.5 模拟量输出通道 43
2.5.1 D/A 转换器的工作原理 44
2.5.2 D/A 转换器的技术指标 45
2.5.3 DAC0832 46
习题 50
第3章 计算机控制系统的数学描述 51
3.1 信号的类型与采样的形式 51
3.1.1 信号的类型 51
3.1.2 采样的形式 52
3.2 信号的采样与重构 52
3.2.1 采样过程及采样定理 52
3.2.2 连续信号的重构 58
3.3 z 变换与z 逆变换 61
3.3.1 脉冲响应和卷积和 61
3.3.2 z 变换 62
3.3.3 z 逆变换 65
3.4 z 差分方程与离散传递函数 66
3.4.1 线性差分方程 66
3.4.2 脉冲传递函数(z 传递函数) 68
3.5 计算机控制系统的离散化模型 69
3.5.1 连续对象的ZOH 离散化 69
3.5.2 具有连续时滞对象的改进z 变换 71
习题 72
第4章 计算机控制系统的特性分析 73
4.1 计算机控制系统的稳定性 73
4.1.1 稳定性条件及稳定性判据 73
4.1.2 采样周期对系统稳定性的影响 80
4.2 计算机控制系统的稳态性能 81
4.2.1 稳态误差的定义 81
4.2.2 典型输入信号下的稳态误差分析 82
4.2.3 采样周期对稳态性能的影响 85
4.3 计算机控制系统的动态特性 88
4.3.1 零极点分布与系统的动态响应 88
4.3.2 系统的动态性能指标 90
4.3.3 采样周期对系统动态特性的影响 93
习题 94
第5章 计算机控制系统的频率响应 95
5.1 基于时间域提升技术的频率响应计算 95
5.2 基于频域提升技术的频率响应计算 96
5.3 计算机控制系统频率响应的直接计算 98
5.4 典型应用Ⅰ——球杆系统 103
5.5 典型应用Ⅱ——时滞不确定采样系统 108
5.5.1 时滞不确定系统的稳定性分析 109
5.5.2 算例 111
5.6 典型应用Ⅲ——力觉接口的无源性设计 114
5.6.1 无源性及无源性条件 115
5.6.2 系统设计 118
习题 120
第6章 计算机控制系统的连续化设计 121
6.1 数字控制器的连续化设计 121
6.1.1 设计原理和步骤 121
6.1.2 连续控制器的离散化方法 121
6.2 数字PID 控制算法 125
6.2.1 位置式PID 算法 126
6.2.2 增量式PID 算法 126
6.2.3 数字PID 算法的改进 127
6.3 数字PID 控制器的参数整定 129
习题 131
第7章 计算机控制系统的鲁棒稳定性分析 133
7.1 不确定性及小增益定理 133
7.1.1 对象的不确定性 133
7.1.2 不确定性和鲁棒性 136
7.1.3 范数有界不确定性 136
7.1.4 小增益定理 137
7.2 鲁棒稳定性分析的新方法 138
习题 142
第8章 计算机控制系统的离散化设计 143
8.1 概述 143
8.2 最少拍控制器设计 144
8.2.1 最少拍控制器 144
8.2.2 最少拍有纹波控制器设计 147
8.2.3 最少拍无纹波控制器设计 148
8.3 具有纯滞后对象的控制系统设计 149
8.3.1 史密斯预估器 149
8.3.2 达林算法 151
8.4 串级控制 151
8.4.1 串级控制的结构和原理 151
8.4.2 数字串级控制算法 152
8.5 前馈-反馈控制 153
8.5.1 前馈-反馈控制的结构和原理 153
8.5.2 数字前馈-反馈控制算法 153
8.6 解耦控制 154
8.6.1 解耦控制原理 154
8.6.2 多变量解耦控制方法 155
习题 157
第9章 计算机控制系统的状态空间法设计 159
9.1 系统的离散状态空间描述 159
9.1.1 连续状态方程的离散化 159
9.1.2 矩阵指数及其积分的计算 160
9.1.3 z 传递函数矩阵 162
9.2 能控性与能观测性 162
9.3 状态反馈控制律的极点配置设计 163
9.4 状态观测器设计 163
9.4.1 全状态观测器 163
9.4.2 降阶观测器 164
9.5 具有状态观测器的状态反馈控制律设计 165
9.6 线性二次型最优调节器(LQR)设计 166
9.6.1 有限时间最优调节器设计 166
9.6.2 无限时间最优调节器设计 168
9.7 最优状态估计——离散卡尔曼滤波器 169
习题 171
第10章 计算机控制系统的工程设计及应用 173
10.1 系统的设计原则与步骤 173
10.1.1 设计原则 173
10.1.2 设计步骤 174
10.2 计算机控制系统的可靠性技术 175
10.2.1 控制系统的抗干扰设计 175
10.2.2 系统的软件可靠性设计 176
10.3 计算机控制系统的工程设计与实现 176
10.4 直流电动机闭环调速系统设计举例 178
习题 185
参考文献 186