計算機控制系統(tǒng)

前言

計算機的參與，是現(xiàn)代化的自動化系統(tǒng)實現(xiàn)的前提條件。隨著微電子學(xué)、計算機技術(shù)的發(fā)展，要獲得比模擬控制系統(tǒng)更好的控制性能，使控制系統(tǒng)具備新的功能，只有使用計算機控制系統(tǒng)。如果將計算機控制系統(tǒng)僅僅看作模擬控制系統(tǒng)的近似是很不夠的，因為沒有看到計算機控制的全部潛在能力。因此，熟練掌握計算機控制系統(tǒng)，就能夠充分發(fā)揮計算機控制的全部潛能。計算機控制系統(tǒng)存在著一些模擬控制系統(tǒng)所沒有的現(xiàn)象，因此對其分析就要采取相應(yīng)的理論。本書討論的是采用計算機作為標準控制部件的數(shù)字控制系統(tǒng)，即計算機控制系統(tǒng)。由于系統(tǒng)中采用了計算機，要處理的是離散數(shù)字信息，所以相對連續(xù)控制系統(tǒng)而言，計算機控制系統(tǒng)也可以叫做離散控制系統(tǒng)。本書的主要目的是使讀者牢固掌握計算機控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論知識。這些知識對于自動化專業(yè)、自動控制等相關(guān)專業(yè)的教學(xué)是必不可少的內(nèi)容，對于從事控制系統(tǒng)方面的工程技術(shù)人員來說也是必備的基礎(chǔ)。本書從第2章開始討論計算機控制系統(tǒng)中信號的類型，并通過對離散信號的頻譜分析弓i出采樣定理。第3章介紹計算機控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)——z變換。重點介紹z變換定義及其重要性質(zhì)和定理。第4章講述計算機控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述及脈沖傳遞函數(shù)，弓l出描述離散系統(tǒng)的差分方程及脈沖傳遞函數(shù)的概念，討論離散系統(tǒng)方框圖變換方法。第5章介紹計算機控制系統(tǒng)特性分析及系統(tǒng)穩(wěn)定性判定方法。第6章、第7章討論有關(guān)數(shù)字控制器設(shè)計問題。第6章講述連續(xù)域一離散化設(shè)計方法，即在已設(shè)計出連續(xù)控制器后，采用適當?shù)姆椒▽⑦B續(xù)控制器離散化。本章對一些離散化方法作了重點討論，同時，還對當前用得較多的數(shù)字PID控制器的設(shè)計進行了詳細的研究，討論了改進方法。第7章講述直接離散化設(shè)計方法。它是根據(jù)所要求的性能指標以及過程的脈沖傳遞函數(shù)，直接設(shè)計出數(shù)字控制器。這種設(shè)計方法目前正在大力探討和發(fā)展。另外，還講述了快速對象的最少拍控制系統(tǒng)的設(shè)計以及具有大慣性、純滯后被控對象的慢速系統(tǒng)的設(shè)計，對一些有效的預(yù)估控制決策進行了探討。第8章介紹數(shù)字控制器的實現(xiàn)問題，根據(jù)實現(xiàn)方框圖，可以編寫控制程序。第8章的內(nèi)容，是學(xué)習(xí)第9章內(nèi)容的基礎(chǔ)。第9章講述計算機控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間分析方法和有限拍系統(tǒng)設(shè)計。之所以將計算機控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間分析和設(shè)計方法單獨成立一章，是為教學(xué)內(nèi)容取舍提供方便。

內(nèi)容概要

　　《計算機控制系統(tǒng)》為“教育科學(xué)‘十五’國家規(guī)劃課題研究成果”。從工程的角度出發(fā)，系統(tǒng)地介紹計算機控制系統(tǒng)的最基本理論，重點突出，簡明易懂。與MATLAB緊密結(jié)合。書中的每道例題都經(jīng)過MATLAB仿真并給出仿真結(jié)果，具有嚴謹性和可信性。全書共9章，分別是：緒論，計算機控制系統(tǒng)的信號特征，Z變換，計算機控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述及脈沖傳遞函數(shù)，計算機控制系統(tǒng)特性分析，計算機控制系統(tǒng)連續(xù)域-離散化設(shè)計方法，計算機控制系統(tǒng)的直接設(shè)計方法，數(shù)字控制器的實現(xiàn)，線性離散系統(tǒng)的離散狀態(tài)空間分析、設(shè)計方法。《計算機控制系統(tǒng)》適用于高等院校電氣信息類專業(yè)，也可供職業(yè)技術(shù)學(xué)院、?？茖W(xué)校、成人高校相關(guān)專業(yè)學(xué)生參考。

書籍目錄

第1章 緒 論 11.1 概述11.1.1 計算機控制系統(tǒng)11.1.2 計算機控制系統(tǒng)組成21.2 計算機控制系統(tǒng)的類型、特點41.2.1 計算機控制系統(tǒng)的類型41.2.2 計算機控制系統(tǒng)的主要特點71.3 計算機控制系統(tǒng)發(fā)展概況及趨勢81.4 計算機控制理論的發(fā)展 101.5 本書的安排12習(xí)題13第2章計算機控制系統(tǒng)的信號特征 142.1信息變換原理142.1.1 數(shù)字控制系統(tǒng)方框圖及系統(tǒng)信息142.1.2 采樣過程及理想采樣信號的特征152.1.3 采樣定理212.2 采樣信號的恢復(fù)與保持器242.2.1 理想濾波器252.2.2 零階保持器262.2.3 一階保持器29習(xí)題33第3章 Z變換 353.1 Z變換定義353.1.1 Z變換定義及表達式353.1.2 簡單函數(shù)的Z變換373.2 Z變換的重要性質(zhì)和定理433.3 Z反變換523.3.1 冪級數(shù)展開法533.3.2 部分分式法553.3.3 反演積分法（留數(shù)法）61習(xí)題65第4章 計算機控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述及脈沖傳遞函數(shù)684.1 離散系統(tǒng)684.2 差分方程694.2.1 線性常系數(shù)差分方程694.2.2 差分方程求解704.3 脈沖傳遞函數(shù)764.3.1 脈沖傳遞函數(shù)的定義764.3.2 脈沖傳遞函數(shù)的求取774.4 計算機控制系統(tǒng)脈沖傳遞函數(shù)及系統(tǒng)方框圖變換方法804.4.1 計算機控制系統(tǒng)脈沖傳遞函數(shù)804.4.2 計算機控制系統(tǒng)方框圖分析86習(xí)題92第5章 計算機控制系統(tǒng)特性分析955.1 計算機控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析955.1.1 連續(xù)系統(tǒng)穩(wěn)定性及穩(wěn)定條件955.1.2 S平面與Z平面的映射關(guān)系965.1.3 計算機控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性975.2 計算機控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析1015.2.1 通過雙線性變換進行穩(wěn)定性分析1015.2.2 朱里（JURY）穩(wěn)定性準則1055.2.3 采樣周期對閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響1105.3 計算機控制系統(tǒng)動態(tài)過程1125.3.1 閉環(huán)離散系統(tǒng)的暫態(tài)響應(yīng)1135.3.2 修正Z變換1175.3.3 含有滯后環(huán)節(jié)的計算機控制系統(tǒng)的輸出響應(yīng)1215.3.4 利用修正Z變換求采樣點之間的信息1235.4 計算機控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差分析1275.4.1 計算機控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差與穩(wěn)態(tài)誤差系數(shù)1275.4.2 計算機控制系統(tǒng)對干擾輸入作用的響應(yīng)133習(xí)題136第6章 計算機控制系統(tǒng)連續(xù)域-離散化設(shè)計方法1396.1 連續(xù)域-離散化設(shè)計的基本原理1396.2 連續(xù)控制器的離散化方法1416.2.1 后向差分法1426.2.2 前向差分法1456.2.3 雙線性變換法1466.2.4 具有頻率預(yù)畸的雙線性變換法1486.2.5 脈沖響應(yīng)不變法1536.2.6 階躍響應(yīng)不變法1546.2.7 匹配零、極點映射法1556.3 數(shù)字PID控制器設(shè)計1606.3.1 典型PID控制1616.3.2 數(shù)字PID控制器參數(shù)的整定1696.3.3 PID數(shù)字控制器算法的改進172習(xí)題175第7章 計算機控制系統(tǒng)的直接設(shè)計方法1797.1 最少拍數(shù)字控制器設(shè)計方法1807.1.1 控制量初值不加規(guī)定的最少拍數(shù)字控制器設(shè)計1807.1.2 規(guī)定控制量的最少拍數(shù)字控制器設(shè)計1887.2 最少拍數(shù)字控制器的一般設(shè)計方法1937.2.1 最少拍有紋波系統(tǒng)確定閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù) 的一般方法1937.2.2 最少拍無紋波系統(tǒng)設(shè)計2007.3 純滯后系統(tǒng)數(shù)字控制器的設(shè)計（Dahlin算法）2047.3.1 數(shù)字控制器 的形2047.3.2 振鈴現(xiàn)象及其消除2067.3.3 具有純滯后系統(tǒng)數(shù)字控制器直接設(shè)計的步驟2127.4 施密斯（Smith）預(yù)估補償算法2127.5 滯后過程的預(yù)估控制系統(tǒng)設(shè)計215習(xí)題218第8章 數(shù)字控制器的實現(xiàn)2218.1 直接結(jié)構(gòu)法2218.1.1 直接程序法2218.1.2 標準程序法2228.2 間接結(jié)構(gòu)法2248.2.1 串聯(lián)程序法2248.2.2 并聯(lián)程序法2258.2.3 梯形程序法2278.3 無限脈沖響應(yīng)數(shù)字控制器和有限脈沖響應(yīng)數(shù)字控制器2318.3.1 無限脈沖響應(yīng)數(shù)字控制器2318.3.2 有限脈沖響應(yīng)數(shù)字控制器2328.3.3 有限脈沖響應(yīng)數(shù)字控制器的實現(xiàn)232習(xí)題237第9章 線性離散系統(tǒng)的離散狀態(tài)空間分析、設(shè)計方法2409.1 線性離散系統(tǒng)的離散狀態(tài)空間分析法2409.1.1 線性離散系統(tǒng)的離散狀態(tài)空間表達式2409.1.2 由差分方程導(dǎo)出離散狀態(tài)空間表達式2429.1.3 線性離散系統(tǒng)狀態(tài)方程的求解2479.1.4 線性離散系統(tǒng)的Z傳遞矩陣2519.1.5 線性離散系統(tǒng)的Z特征方程2539.1.6 計算機控制系統(tǒng)的離散狀態(tài)空間表達式2579.1.7 用離散狀態(tài)空間法分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性2619.2 線性系統(tǒng)離散狀態(tài)空間設(shè)計2649.2.1 離散系統(tǒng)的能控性和能觀性2649.2.2 離散狀態(tài)空間有限拍系統(tǒng)設(shè)計法269習(xí)題282參考文獻 286

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《計算機控制系統(tǒng)》由高等教育出版社出版。

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