目錄
第1章 緒論1
1.1 引言1
1.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本概念2
1.2.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成2
1.2.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)3
1.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本類型4
1.3.1 操作指導(dǎo)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(jì)算機(jī)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(chǎng)總線控制系8
1.3.7 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)8
1.3.8 計(jì)算機(jī)集成制造過程控制系統(tǒng)9
1.4 計(jì)算機(jī)控制的理論與設(shè)計(jì)問題10
1.4.1 信號(hào)的采樣與轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)與實(shí)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(shè)計(jì)與應(yīng)用技術(shù)16
1.5 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)16
本章小結(jié)17
習(xí)題與思考題18
第2章 計(jì)算機(jī)控制的信號(hào)轉(zhuǎn)換及模型理論19
2.1 引言19
2.2 信號(hào)轉(zhuǎn)換原理19
2.2.1 信號(hào)的采樣過程20
2.2.2 采樣定理24
2.2.3 信號(hào)的恢復(fù)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(zhǎng)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(guān)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(shí)現(xiàn)性53
本章小結(jié)54
習(xí)題與思考題54
第3章 計(jì)算機(jī)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(guān)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(zhǔn)則63
3.2.4 朱利穩(wěn)定性準(zhǔn)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(yīng)分析67
3.3.2 z平面極點(diǎn)分布與暫態(tài)響應(yīng)的關(guān)系68
3.3.3 采樣周期對(duì)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(duì)系統(tǒng)類型的穩(wěn)態(tài)誤差75
3.4.3 采樣周期對(duì)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(jié)86
習(xí)題與思考題86
第4章 數(shù)字控制器的模擬化設(shè)計(jì)方法88
4.1 引言88
4.2 模擬化設(shè)計(jì)方法基本原理88
4.2.1 模擬化設(shè)計(jì)方法的等效離散原理88
4.2.2 模擬化設(shè)計(jì)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(yīng)不變法91
4.3.2 階躍響應(yīng)不變法92
4.3.3 差分變換法93
4.3.4 雙線性及預(yù)修正雙線性變換法96
4.3.5 零極點(diǎn)匹配法100
4.3.6 各種離散化方法的對(duì)比評(píng)價(jià)101
4.4 數(shù)字PID控制器的設(shè)計(jì)102
4.4.1 PID控制器的基本形式及數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)算法102
4.4.2 數(shù)字PID控制算法的改進(jìn)108
4.4.3 數(shù)字PID控制器的參數(shù)整定113
4.5 史密斯預(yù)估補(bǔ)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(yù)估補(bǔ)償原理117
4.5.3 史密斯預(yù)估補(bǔ)償器的數(shù)字算法119
4.5.4 史密斯預(yù)估補(bǔ)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(jí)控制124
4.6.1 串級(jí)控制的組成和工作原理124
4.6.2 數(shù)字串級(jí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)135
4.8.2 數(shù)字解耦控制算法138
本章小結(jié)139
習(xí)題與思考題139
第5章 數(shù)字控制器的z域直接設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)143
5.3.1 *少拍控制器設(shè)計(jì)的基本原則143
5.3.2 任意廣義被控對(duì)象的*少拍控制器設(shè)計(jì)149
5.4 *少拍控制器的工程化改進(jìn)153
5.4.1 *少拍控制器存在的問題153
5.4.2 阻尼因子法設(shè)計(jì)153
5.4.3 誤差平方和*小系統(tǒng)設(shè)計(jì)157
5.4.4 *少拍無(wú)紋波控制器設(shè)計(jì)160
5.4.5 干擾作用下*少拍控制器設(shè)計(jì)164
5.4.6 有限拍控制器設(shè)計(jì)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(guān)系176
5.5.3 大林算法應(yīng)用中的問題及討論178
5.6 數(shù)字控制器的根軌跡設(shè)計(jì)法180
5.7 數(shù)字控制器的頻域設(shè)計(jì)法184
5.7.1 基于w變換的頻域設(shè)計(jì)法184
5.7.2 w域控制器設(shè)計(jì)185
5.8 數(shù)字控制器的計(jì)算機(jī)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(jié)193
習(xí)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(shè)計(jì)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(shí)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(cè)性215
6.3 線性離散系統(tǒng)輸出反饋設(shè)計(jì)222
6.3.1 輸出反饋極點(diǎn)配置設(shè)計(jì)法222
6.3.2 單變量*少拍設(shè)計(jì)法223
6.3.3 多變量*少拍設(shè)計(jì)法228
6.4 線性離散系統(tǒng)狀態(tài)反饋與觀測(cè)器設(shè)計(jì)233
6.4.1 基于狀態(tài)反饋的單輸入系統(tǒng)極點(diǎn)配置設(shè)計(jì)233
6.4.2 多輸入系統(tǒng)狀態(tài)反饋設(shè)計(jì)法238
6.4.3 按極點(diǎn)配置設(shè)計(jì)狀態(tài)觀測(cè)器239
6.4.4 帶觀測(cè)器的狀態(tài)反饋控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)244
6.5 Lyapunov*優(yōu)狀態(tài)反饋設(shè)計(jì)250
6.6 *小能量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)253
6.7 線性二次型*優(yōu)控制器設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)257
6.7.4 LQR與Lyapunov*優(yōu)狀態(tài)反饋控制的關(guān)系264
本章小結(jié)265
習(xí)題與思考題265
第7章 計(jì)算機(jī)先進(jìn)控制規(guī)律設(shè)計(jì)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)�？刂破鞯脑O(shè)計(jì)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(yīng)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(yīng)控制算法289
7.3.4 自校正控制器設(shè)計(jì)292
7.4 廣義預(yù)測(cè)控制302
7.4.1 預(yù)測(cè)控制的基本結(jié)構(gòu)303
7.4.2 廣義預(yù)測(cè)控制的基本機(jī)理304
7.4.3 廣義預(yù)測(cè)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(xué)基礎(chǔ)313
7.5.3 模糊控制的原理325
7.5.4 模糊控制器的設(shè)計(jì)328
7.5.5 模糊控制器的改進(jìn)338
7.6 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制339
7.6.1 概述339
7.6.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論基礎(chǔ)340
7.6.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型與算法344
7.6.4 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)354
本章小結(jié)364
習(xí)題與思考題364
第8章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù)366
8.1 引言366
8.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)原則與步驟366
8.2.1 設(shè)計(jì)原則366
8.2.2 設(shè)計(jì)步驟367
8.2.3 硬件選型設(shè)計(jì)369
8.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)369
8.3.1 數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)369
8.3.2 數(shù)據(jù)處理技術(shù)370
8.3.3 組態(tài)軟件技術(shù)375
8.4 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)377
8.4.1 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)概述377
8.4.2 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)特性分析378
8.4.3 PID網(wǎng)絡(luò)控制器的設(shè)計(jì)382
8.5 計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)仿真技術(shù)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(tái)簡(jiǎn)介387
本章小結(jié)388
習(xí)題與思考題389
參考文獻(xiàn)390