目錄
第1章 緒論1
1.1 引言1
1.2 計算機控制系統(tǒng)的基本概念2
1.2.1 計算機控制系統(tǒng)的組成2
1.2.2 計算機控制系統(tǒng)的主要特點3
1.3 計算機控制系統(tǒng)的基本類型4
1.3.1 操作指導控制系統(tǒng)4
1.3.2 直接數(shù)字控制系4
1.3.3 監(jiān)督計算機控制系統(tǒng)5
1.3.4 集中控制系統(tǒng)6
1.3.5 分散控制系統(tǒng)6
1.3.6 現(xiàn)場總線控制系8
1.3.7 網(wǎng)絡控制系統(tǒng)8
1.3.8 計算機集成制造過程控制系統(tǒng)9
1.4 計算機控制的理論與設計問題10
1.4.1 信號的采樣與轉換問題11
1.4.2 離散系統(tǒng)模型描述及特性分析13
1.4.3 數(shù)字控制器的設計與實現(xiàn)13
1.4.4 控制系統(tǒng)仿真及性能分析15
1.4.5 控制系統(tǒng)的工程設計與應用技術16
1.5 計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢16
本章小結17
習題與思考題18
第2章 計算機控制的信號轉換及模型理論19
2.1 引言19
2.2 信號轉換原理19
2.2.1 信號的采樣過程20
2.2.2 采樣定理24
2.2.3 信號的恢復過程與零階保持器26
2.3 z變換30
2.3.1 z變換的定義30
2.3.2 z變換的方31
2.3.3 z變換的性質(zhì)和定理35
2.4 z反變換39
2.4.1 長除法39
2.4.2 部分分式法40
2.43 留數(shù)法42
2.5 廣義z變換43
2.5.1 廣義z變換的定義43
2.5.2 廣義z變換與z變換的關系44
2.6 線性定常離散系統(tǒng)的差分方程及求解45
2.6.1 離散系統(tǒng)差分方程的一般描述45
2.6.2 線性定常差分方程的求解46
2.7 z傳遞函數(shù)47
2.7.1 z傳遞函數(shù)的定義47
2.7.2 z傳遞函數(shù)的求法48
2.7.3 開環(huán)z傳遞函數(shù)49
2.7.4 閉環(huán)z傳遞函數(shù)52
2.7.5 z傳遞函數(shù)的物理可實現(xiàn)性53
本章小結54
習題與思考題54
第3章 計算機控制系統(tǒng)的分析57
3.1 引言57
3.2 穩(wěn)定性分析57
3.2.1 s平面與z平面的關系57
3.2.2 離散系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件62
3.2.3 修正的勞斯穩(wěn)定性準則63
3.2.4 朱利穩(wěn)定性準則65
3.3 暫態(tài)過程分析67
3.3.1 離散系統(tǒng)的階躍響應分析67
3.3.2 z平面極點分布與暫態(tài)響應的關系68
3.3.3 采樣周期對暫態(tài)誤差的影響70
3.4 穩(wěn)態(tài)過程分析74
3.4.1 基于誤差系數(shù)的穩(wěn)態(tài)誤差74
3.4.2 針對系統(tǒng)類型的穩(wěn)態(tài)誤差75
3.4.3 采樣周期對穩(wěn)態(tài)誤差的影響77
3.5 z平面根軌跡分析78
3.5.1 z平面根軌跡繪制78
3.5.2 基于z平面根軌跡的穩(wěn)定性分析80
3.6 頻率特性分析81
3.6.1 離散系統(tǒng)的頻域描述81
3.6.2 穩(wěn)定性分析82
本章小結86
習題與思考題86
第4章 數(shù)字控制器的模擬化設計方法88
4.1 引言88
4.2 模擬化設計方法基本原理88
4.2.1 模擬化設計方法的等效離散原理88
4.2.2 模擬化設計方法的步驟90
4.3 模擬控制器的離散化方法91
4.3.1 脈沖響應不變法91
4.3.2 階躍響應不變法92
4.3.3 差分變換法93
4.3.4 雙線性及預修正雙線性變換法96
4.3.5 零極點匹配法100
4.3.6 各種離散化方法的對比評價101
4.4 數(shù)字PID控制器的設計102
4.4.1 PID控制器的基本形式及數(shù)字化標準算法102
4.4.2 數(shù)字PID控制算法的改進108
4.4.3 數(shù)字PID控制器的參數(shù)整定113
4.5 史密斯預估補償控制116
4.5.1 純滯后控制問題的提出116
4.5.2 史密斯預估補償原理117
4.5.3 史密斯預估補償器的數(shù)字算法119
4.5.4 史密斯預估補償閉環(huán)數(shù)字控制算法及其存在的問題和解決思路121
4.6 串級控制124
4.6.1 串級控制的組成和工作原理124
4.6.2 數(shù)字串級控制系統(tǒng)設計126
4.7 前饋—反饋控制129
4.7.1 前饋—反饋控制系統(tǒng)組成130
4.7.2 數(shù)字前饋—反饋控制算法133
4.8 解耦控制134
4.8.1 解耦控制系統(tǒng)設計135
4.8.2 數(shù)字解耦控制算法138
本章小結139
習題與思考題139
第5章 數(shù)字控制器的z域直接設計方法141
5.1 引言141
5.2 數(shù)字控制器D(z)的一般形式141
5.3 *少拍控制器的設計143
5.3.1 *少拍控制器設計的基本原則143
5.3.2 任意廣義被控對象的*少拍控制器設計149
5.4 *少拍控制器的工程化改進153
5.4.1 *少拍控制器存在的問題153
5.4.2 阻尼因子法設計153
5.4.3 誤差平方和*小系統(tǒng)設計157
5.4.4 *少拍無紋波控制器設計160
5.4.5 干擾作用下*少拍控制器設計164
5.4.6 有限拍控制器設計166
5.5 大林算法168
5.5.1 大林算法基本原理169
5.5.2 大林算法與PID控制算法之間的關系176
5.5.3 大林算法應用中的問題及討論178
5.6 數(shù)字控制器的根軌跡設計法180
5.7 數(shù)字控制器的頻域設計法184
5.7.1 基于w變換的頻域設計法184
5.7.2 w域控制器設計185
5.8 數(shù)字控制器的計算機程序?qū)崿F(xiàn)189
5.8.1 直接法189
5.8.2 串行法190
5.8.3 并行法191
本章小結193
習題與思考題194
第6章 基于離散狀態(tài)空間模型的控制系統(tǒng)設計196
6.1 引言196
6.2 線性離散狀態(tài)空間模型及分析197
6.2.1 線性離散系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型197
6.2.2 離散時間規(guī)范化模型212
6.2.3 線性離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可控性與可測性215
6.3 線性離散系統(tǒng)輸出反饋設計222
6.3.1 輸出反饋極點配置設計法222
6.3.2 單變量*少拍設計法223
6.3.3 多變量*少拍設計法228
6.4 線性離散系統(tǒng)狀態(tài)反饋與觀測器設計233
6.4.1 基于狀態(tài)反饋的單輸入系統(tǒng)極點配置設計233
6.4.2 多輸入系統(tǒng)狀態(tài)反饋設計法238
6.4.3 按極點配置設計狀態(tài)觀測器239
6.4.4 帶觀測器的狀態(tài)反饋控制系統(tǒng)設計244
6.5 Lyapunov*優(yōu)狀態(tài)反饋設計250
6.6 *小能量控制系統(tǒng)設計253
6.7 線性二次型*優(yōu)控制器設計256
6.7.1 概述256
6.7.2 LQR問題的描述256
6.7.3 LQR*優(yōu)控制器設計257
6.7.4 LQR與Lyapunov*優(yōu)狀態(tài)反饋控制的關系264
本章小結265
習題與思考題265
第7章 計算機先進控制規(guī)律設計270
7.1 引言270
7.2 內(nèi)�？刂�271
7.2.1 內(nèi)�？刂频脑�理271
7.2.2 內(nèi)模控制器的設計273
7.2.3 內(nèi)模-PID控制276
7.2.4 內(nèi)�？刂频碾x散算式279
7.3 自適應控制281
7.3.1 概述282
7.3.2 *小二乘法284
7.3.3 模型參考自適應控制算法289
7.3.4 自校正控制器設計292
7.4 廣義預測控制302
7.4.1 預測控制的基本結構303
7.4.2 廣義預測控制的基本機理304
7.4.3 廣義預測控制基本算法306
7.5 模糊控制312
7.5.1 概述312
7.5.2 模糊控制的數(shù)學基礎313
7.5.3 模糊控制的原理325
7.5.4 模糊控制器的設計328
7.5.5 模糊控制器的改進338
7.6 神經(jīng)網(wǎng)絡控制339
7.6.1 概述339
7.6.2 神經(jīng)網(wǎng)絡理論基礎340
7.6.3 神經(jīng)網(wǎng)絡模型與算法344
7.6.4 神經(jīng)網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的設計354
本章小結364
習題與思考題364
第8章 計算機控制系統(tǒng)的應用技術366
8.1 引言366
8.2 計算機控制系統(tǒng)的基本設計原則與步驟366
8.2.1 設計原則366
8.2.2 設計步驟367
8.2.3 硬件選型設計369
8.3 計算機控制系統(tǒng)的軟件設計369
8.3.1 數(shù)字控制器的設計與實現(xiàn)369
8.3.2 數(shù)據(jù)處理技術370
8.3.3 組態(tài)軟件技術375
8.4 計算機網(wǎng)絡控制技術377
8.4.1 網(wǎng)絡控制系統(tǒng)概述377
8.4.2 網(wǎng)絡控制系統(tǒng)特性分析378
8.4.3 PID網(wǎng)絡控制器的設計382
8.5 計算機實時仿真技術384
8.5.1 概述384
8.5.2 硬件在環(huán)仿真的基本原理385
8.5.3 硬件在環(huán)仿真平臺簡介387
本章小結388
習題與思考題389
參考文獻390