計算機控制系統(tǒng)

目錄
第1章 緒論 1
1.1 自動控制系統(tǒng)概述 1
1.2 計算機控制系統(tǒng)的組成和基本原理 2
1.3 常用計算機控制系統(tǒng)主機 4
1.3.1 工控機 4
1.3.2 可編程邏輯控制器 5
1.3.3 單片機 5
1.3.4 數(shù)字信號處理器 6
1.3.5 ARM 處理器 7
1.4 計算機控制系統(tǒng)的特點 7
1.5 典型計算機控制系統(tǒng) 8
1.6 計算機控制系統(tǒng)分類 9
1.6.1 按功能和結構特點分類 9
1.6.2 按控制規(guī)律分類 12
1.7 計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 13
習題 14
第2章 計算機輸入/輸出接口與過程通道 15
2.1 總線技術 15
2.1.1 總線的基本概念及特點 15
2.1.2 總線的分類 16
2.1.3 總線標準 17
2.1.4 常用外部總線 18
2.2 數(shù)字量輸入通道 18
2.3 數(shù)字量輸出通道 20
2.4 模擬量輸入通道 22
2.4.1 傳感器及其測量線路 22
2.4.2 信號調(diào)節(jié)放大電路 30
2.4.3 數(shù)據(jù)采集與處理方法 35
2.4.4 A/D 轉(zhuǎn)換器 38
2.5 模擬量輸出通道 43
2.5.1 D/A 轉(zhuǎn)換器的工作原理 44
2.5.2 D/A 轉(zhuǎn)換器的技術指標 45
2.5.3 DAC0832 46
習題 50
第3章 計算機控制系統(tǒng)的數(shù)學描述 51
3.1 信號的類型與采樣的形式 51
3.1.1 信號的類型 51
3.1.2 采樣的形式 52
3.2 信號的采樣與重構 52
3.2.1 采樣過程及采樣定理 52
3.2.2 連續(xù)信號的重構 58
3.3 z 變換與z 逆變換 61
3.3.1 脈沖響應和卷積和 61
3.3.2 z 變換 62
3.3.3 z 逆變換 65
3.4 z 差分方程與離散傳遞函數(shù) 66
3.4.1 線性差分方程 66
3.4.2 脈沖傳遞函數(shù)(z 傳遞函數(shù)) 68
3.5 計算機控制系統(tǒng)的離散化模型 69
3.5.1 連續(xù)對象的ZOH 離散化 69
3.5.2 具有連續(xù)時滯對象的改進z 變換 71
習題 72
第4章 計算機控制系統(tǒng)的特性分析 73
4.1 計算機控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性 73
4.1.1 穩(wěn)定性條件及穩(wěn)定性判據(jù) 73
4.1.2 采樣周期對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響 80
4.2 計算機控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能 81
4.2.1 穩(wěn)態(tài)誤差的定義 81
4.2.2 典型輸入信號下的穩(wěn)態(tài)誤差分析 82
4.2.3 采樣周期對穩(wěn)態(tài)性能的影響 85
4.3 計算機控制系統(tǒng)的動態(tài)特性 88
4.3.1 零極點分布與系統(tǒng)的動態(tài)響應 88
4.3.2 系統(tǒng)的動態(tài)性能指標 90
4.3.3 采樣周期對系統(tǒng)動態(tài)特性的影響 93
習題 94
第5章 計算機控制系統(tǒng)的頻率響應 95
5.1 基于時間域提升技術的頻率響應計算 95
5.2 基于頻域提升技術的頻率響應計算 96
5.3 計算機控制系統(tǒng)頻率響應的直接計算 98
5.4 典型應用Ⅰ——球桿系統(tǒng) 103
5.5 典型應用Ⅱ——時滯不確定采樣系統(tǒng) 108
5.5.1 時滯不確定系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 109
5.5.2 算例 111
5.6 典型應用Ⅲ——力覺接口的無源性設計 114
5.6.1 無源性及無源性條件 115
5.6.2 系統(tǒng)設計 118
習題 120
第6章 計算機控制系統(tǒng)的連續(xù)化設計 121
6.1 數(shù)字控制器的連續(xù)化設計 121
6.1.1 設計原理和步驟 121
6.1.2 連續(xù)控制器的離散化方法 121
6.2 數(shù)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 數(shù)字PID 算法的改進 127
6.3 數(shù)字PID 控制器的參數(shù)整定 129
習題 131
第7章 計算機控制系統(tǒng)的魯棒穩(wěn)定性分析 133
7.1 不確定性及小增益定理 133
7.1.1 對象的不確定性 133
7.1.2 不確定性和魯棒性 136
7.1.3 范數(shù)有界不確定性 136
7.1.4 小增益定理 137
7.2 魯棒穩(wěn)定性分析的新方法 138
習題 142
第8章 計算機控制系統(tǒng)的離散化設計 143
8.1 概述 143
8.2 最少拍控制器設計 144
8.2.1 最少拍控制器 144
8.2.2 最少拍有紋波控制器設計 147
8.2.3 最少拍無紋波控制器設計 148
8.3 具有純滯后對象的控制系統(tǒng)設計 149
8.3.1 史密斯預估器 149
8.3.2 達林算法 151
8.4 串級控制 151
8.4.1 串級控制的結構和原理 151
8.4.2 數(shù)字串級控制算法 152
8.5 前饋-反饋控制 153
8.5.1 前饋-反饋控制的結構和原理 153
8.5.2 數(shù)字前饋-反饋控制算法 153
8.6 解耦控制 154
8.6.1 解耦控制原理 154
8.6.2 多變量解耦控制方法 155
習題 157
第9章 計算機控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間法設計 159
9.1 系統(tǒng)的離散狀態(tài)空間描述 159
9.1.1 連續(xù)狀態(tài)方程的離散化 159
9.1.2 矩陣指數(shù)及其積分的計算 160
9.1.3 z 傳遞函數(shù)矩陣 162
9.2 能控性與能觀測性 162
9.3 狀態(tài)反饋控制律的極點配置設計 163
9.4 狀態(tài)觀測器設計 163
9.4.1 全狀態(tài)觀測器 163
9.4.2 降階觀測器 164
9.5 具有狀態(tài)觀測器的狀態(tài)反饋控制律設計 165
9.6 線性二次型最優(yōu)調(diào)節(jié)器(LQR)設計 166
9.6.1 有限時間最優(yōu)調(diào)節(jié)器設計 166
9.6.2 無限時間最優(yōu)調(diào)節(jié)器設計 168
9.7 最優(yōu)狀態(tài)估計——離散卡爾曼濾波器 169
習題 171
第10章 計算機控制系統(tǒng)的工程設計及應用 173
10.1 系統(tǒng)的設計原則與步驟 173
10.1.1 設計原則 173
10.1.2 設計步驟 174
10.2 計算機控制系統(tǒng)的可靠性技術 175
10.2.1 控制系統(tǒng)的抗干擾設計 175
10.2.2 系統(tǒng)的軟件可靠性設計 176
10.3 計算機控制系統(tǒng)的工程設計與實現(xiàn) 176
10.4 直流電動機閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)設計舉例 178
習題 185
參考文獻 186