數(shù)字控制

內(nèi)容概要

本書共13章。主要內(nèi)容有：第1章緒言；第2～4章線性數(shù)字控制系統(tǒng)的建模與分析；第5～8章數(shù)字控制系統(tǒng)設(shè)計的兩類方法；第9、10、12章數(shù)字控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)；第11章快速采樣數(shù)字控制系統(tǒng)；第13章Matlab應(yīng)用實例。    本書可作為高等工科院校自動控制、工業(yè)自動化、探測制導(dǎo)與控制技術(shù)等專業(yè)高年級本科生、相關(guān)學(xué)科研究生的教材或教學(xué)參考書，也可供從事計算機控制系統(tǒng)設(shè)計、應(yīng)用的工程技術(shù)人員閱讀。

書籍目錄

前言第1章  緒言  1.1  數(shù)字控制系統(tǒng)概述  1.2  數(shù)字控制對計算機（系統(tǒng)）的要求第2章  采樣過程與信號重構(gòu)  2.1  引言  2.2  采樣過程  2.3  采樣定理  2.4  信號重構(gòu)  2.5  采樣周期的選擇第3章  線性離散系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述  3.1  引言  3.2  線性常系數(shù)差分方程  3.3  脈沖響應(yīng)與卷積和  3.4  Z變換  3.5  脈沖傳遞函數(shù)  3.6  離散狀態(tài)空間表達式第4章  數(shù)字控制系統(tǒng)建模與分析  4.1  引言  4.2  改進Z變換  4.3  帶零階保持器的連續(xù)對象的Z傳遞函數(shù)  4.4  數(shù)字控制系統(tǒng)閉環(huán)Z傳遞函數(shù)  4.5  連續(xù)狀態(tài)方程的離散化  4.6  零極點分布與系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)  4.7  穩(wěn)態(tài)誤差分析  4.8  系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性  4.9  穩(wěn)定性分析  4.10  二階系統(tǒng)分析例  4.11  擾動對系統(tǒng)的影響第5章  數(shù)字控制系統(tǒng)的連續(xù)-離散化設(shè)計  5.1  引言  5.2  數(shù)字濾波器法  5.3  匹配Z變換  5.4  系統(tǒng)設(shè)計例  5.5  數(shù)字PID控制第6章  數(shù)字控制系統(tǒng)的離散化設(shè)計———Z域法  6.1  引言  6.2  有限拍控制系統(tǒng)設(shè)計  6.3  有限拍無振蕩控制系統(tǒng)設(shè)計  6.4  根軌跡法  6.5  對象具有時延的控制系統(tǒng)設(shè)計  6.6  直接設(shè)計法  6.7  復(fù)合控制系統(tǒng)設(shè)計  6.8  小結(jié)第7章  數(shù)字控制系統(tǒng)的離散化設(shè)計———狀態(tài)空間法  7.1  引言  7.2  能控性與能觀測性  7.3  狀態(tài)反饋極點配置調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計  7.4  狀態(tài)觀測器設(shè)計  7.5  有觀測器的狀態(tài)反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)  7.6  有輸入的系統(tǒng)設(shè)計  7.7  小結(jié)第8章  最優(yōu)設(shè)計方法———狀態(tài)空間法  8.1  引言  8.2  最優(yōu)調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計  8.3  有輸入的系統(tǒng)設(shè)計  8.4  最優(yōu)隨機控制  8.5  小結(jié)第9章  數(shù)字控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)  9.1  引言  9.2  微型計算機  9.3  模擬輸入/輸出通道  9.4  開關(guān)量輸入/輸出接口  9.5  實時時鐘第10章  數(shù)字控制器的實現(xiàn)  10.1  引言  10.2  控制器的運算結(jié)構(gòu)  10.3  量量化誤差  10.4  A/D轉(zhuǎn)換量化分析  10.5  運算過程量化分析  10.6  系數(shù)量化分析  10.7  溢出與計算時延  10.8  字長的選擇  10.9  小結(jié)第11章  快速采樣數(shù)字控制系統(tǒng)  11.1  引言  11.2  δ變換  11.3  基于δ變換的系統(tǒng)描述與分析  11.4  基于δ變換的系統(tǒng)設(shè)計  11.5  基于δ變換的量化分析第12章  數(shù)字控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)  12.1  實時軟件設(shè)計的幾個問題  12.2  高精度角位置伺服系統(tǒng)第13章  Matlab應(yīng)用實例  例M-1  由Z傳遞函數(shù)，求在典型信號作用下的響應(yīng)（1）  例M-2  由Z傳遞函數(shù)，求在典型信號作用下的響應(yīng)（2）  例M-3  由信號的Z變換，求Z反變換  例M-4  模擬到數(shù)字濾波器的轉(zhuǎn)換：脈沖不變法  例M-5  模擬到數(shù)字濾波器的轉(zhuǎn)換：梯形積分（雙線性變換）  例M-6  PID控制系統(tǒng)分析  例M-7  由Z傳遞函數(shù)求頻率特性  例M-8  模擬與數(shù)字濾波器的頻率特性  例M-9  畫根軌跡圖  例M-10  求連續(xù)系統(tǒng)的離散化狀態(tài)方程  例M-11  變分法設(shè)計線性二次型調(diào)節(jié)器（1）  例M-12  變分法設(shè)計線性二次型調(diào)節(jié)器（2）思考與練習(xí)參考文獻附錄  拉普拉斯變換和Z變換

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：   插圖：   2.5采樣周期的選擇 采樣定理只是指出了對于有限帶寬的連續(xù)信號，選擇采樣頻率的下限原則。對于數(shù)字控制系統(tǒng)，采樣周期也是系統(tǒng)中一個重要參數(shù)，如何確定它，需進一步討論，并在以后的章節(jié)中都會涉及這一問題。 由數(shù)控系統(tǒng)的組成與功能可知，若采樣周期越小，也就是采樣頻率越高，對系統(tǒng)的控制就越及時，這對系統(tǒng)的動態(tài)性能有利，但若T選得過小，一方面，給計算機增加過多的負擔(dān)，且可能達不到實時性的要求，見式（1—2—1）、式（1—2—2）；另一方面，在Z平面上使系統(tǒng)的極點→1，對系統(tǒng)性能產(chǎn)生不利影響。 T過大對系統(tǒng)的動態(tài)特性不利，甚至?xí)?dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。 在一般工業(yè)過程控制系統(tǒng)中，經(jīng)過人們大量的實踐，對采樣周期的選擇已經(jīng)總結(jié)出經(jīng)驗數(shù)據(jù)可供參考，見表2—5—1。 對于伺服系統(tǒng)，不同的設(shè)計方法，也有不同的選擇采樣周期的依據(jù)。如在連續(xù)一離散化設(shè)計方法中，考慮到閉環(huán)系統(tǒng)的頻率特性具有低通濾浦特性，當(dāng)輸人信號之頻率高于閉環(huán)諧振頻率ωr時，信號通過系統(tǒng)會很快衰減，而一般情況下，ωr又與開環(huán)剪切頻率ωr很接近，即ωr≈ωc，見圖2—5—1，故可按下式選擇采樣角頻率： （ωs≥6～10ωc （2—5—1） 也可從時域角度考慮，在閉環(huán)系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)的上升時間tr里，采樣次數(shù)取 N=2～4次 （2—5—2） 在實際中遇到的困難是，連續(xù)信號的頻譜在某一給定頻帶之外為零是不可能的，由于采樣出現(xiàn)混疊，高頻可能以低頻形式出現(xiàn)。為了解決這一問題，可在采樣之前設(shè)置一前置濾波器，這樣，高于奈奎斯特頻率ωN的頻率就不會由于頻率混疊而變成低頻成分。 第3章  線性離散系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述 3.1 引言 離散系統(tǒng)(discrete system)是離散時間系統(tǒng)(discrete-time system)的簡稱。 本章闡述線性定常離散系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述及其求解方法，這是分析和設(shè)計數(shù)字控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。 線性離散系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型有四種表示形式，它們分別與線性連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型的四種表示形式相對應(yīng)： 線性離散系統(tǒng)：差分方程脈沖響應(yīng) Z傳遞函數(shù)離散狀態(tài)空間表達式 線性連續(xù)系統(tǒng)：微分方程脈沖過渡函數(shù)S傳遞函數(shù)連續(xù)狀態(tài)空間表達式 數(shù)字控制系統(tǒng)中既有工作于離散狀態(tài)下的數(shù)字控制器，又有工作于連續(xù)狀態(tài) 下的對象。前者可直接用離散模型表示，后者需經(jīng)過離散化過程（將在第4章闡述）。這之后，整個數(shù)字控制系統(tǒng)就可以用離散系統(tǒng)模型描述了。

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