計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

前言

目前，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)、生活和國防建設(shè)等各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。大到非常龐雜的控制系統(tǒng)，小到各種微型控制設(shè)備，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在其中均起著越來越重要的作用隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展及微型計(jì)算機(jī)的日益普及，尤其是各種性能優(yōu)良、價(jià)格低廉的嵌入式微控制器的出現(xiàn)，使得用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的控制器成本不斷降低，從而推動(dòng)了計(jì)算機(jī)在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。同時(shí)，由于通過軟件編程可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜、靈活的控制算法，因而計(jì)算機(jī)控制技術(shù)廣泛地應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸以及國防建設(shè)等各個(gè)領(lǐng)域，并取得了良好的控制效果。本書以微型計(jì)算機(jī)為控制工具，較深入地介紹計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本知識(shí)和基本應(yīng)用技術(shù)全書共分十章。第一章介紹計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的一些基本概念；計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成、特點(diǎn)；計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分類；計(jì)算機(jī)控制理論及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展。第二章介紹計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的過程通道與接口、電源、信號(hào)的采樣與重構(gòu)以及數(shù)字濾波等基本知識(shí)。第三章介紹計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，包括差分方程、z變換理論、脈沖傳遞函數(shù)。第四章介紹計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的特性分析，包括穩(wěn)定性分析、動(dòng)態(tài)特性分析及穩(wěn)態(tài)誤差分析。第五章介紹數(shù)字控制器的模擬化設(shè)計(jì)方法，包括模擬控制器與數(shù)字控制器的轉(zhuǎn)換以及數(shù)字PID控制器的設(shè)計(jì)方法。第六章介紹數(shù)字控制器直接設(shè)計(jì)法的原理、方法，包括最少拍無差有紋波、無紋波系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法；史密斯預(yù)估器設(shè)計(jì)方法；大林算法以及數(shù)字控制器的根軌跡設(shè)計(jì)法和頻域設(shè)計(jì)法。第七章介紹基于狀態(tài)空間模型的數(shù)字控制器設(shè)計(jì)方法。第八章介紹計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和步驟，以及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例。第九章介紹應(yīng)用非常廣泛的嵌入式系統(tǒng)的基本概念、應(yīng)用領(lǐng)域、設(shè)計(jì)實(shí)例和發(fā)展?fàn)顩r，介紹網(wǎng)絡(luò)控制的基本特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)和應(yīng)用問題。第十章介紹計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性技術(shù)，包括干擾的來源以及抗干擾措施、冗余技術(shù)、故障診斷技術(shù)以及軟件可靠性技術(shù)。本書立足于基礎(chǔ)性、實(shí)用性、先進(jìn)性，從系統(tǒng)的概念出發(fā)講述各部分內(nèi)容，盡量用易于理解的方式和語言闡述問題。為3-便學(xué)生理解、消化書中的基本知識(shí)和基本概念，本書提供了大量的MATLAB仿真示例。每一章后面都給出了大量的習(xí)題，并在書中提供了部分習(xí)題參考答案。本書還配備了相應(yīng)的多媒體教材，一方面可以幫助理解和消化教材的有關(guān)內(nèi)容，另一方面也可供學(xué)生課下學(xué)習(xí)、參閱。學(xué)習(xí)本書一般需要具備以下背景知識(shí)：連續(xù)控制系統(tǒng)理論的基本知識(shí)；微機(jī)原理和微機(jī)接口技術(shù)的基本知識(shí)等。全書由吉林大學(xué)李元春教授主編、統(tǒng)稿，王德軍、于在河、高巍參編。書中第一、六、七、九章由李元春、王德軍編寫；第二、八、十章由李元春、于在河編寫；第三、四、五章由李元春、高巍編寫。哈爾濱工業(yè)大學(xué)鄭載滿教授擔(dān)任本書的主審，對(duì)本書的編寫提出了許多寶貴意見，在此表示誠摯的感謝。由于編者水平有限，書中不當(dāng)和錯(cuò)誤之處在所難免，殷切希望廣大讀者批評(píng)指正。

內(nèi)容概要

本書從工程實(shí)際應(yīng)用的角度出發(fā)，注重基礎(chǔ)性、系統(tǒng)性和實(shí)用性，較深入地介紹了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本知識(shí)及分析和設(shè)計(jì)方法。全書共十章，包括緒論、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的硬件基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的特性分析、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的間接設(shè)計(jì)法、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的直接設(shè)計(jì)法、數(shù)字控制器的狀態(tài)空間設(shè)計(jì)方法、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、嵌入式系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)控制、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)。每一章后面都給出了相應(yīng)的習(xí)題，并在書中提供了部分習(xí)題參考答案供學(xué)生參考、對(duì)照。本書還配備了相應(yīng)的多媒體教材，一方面可以幫助理解和消化教材的有關(guān)內(nèi)容，另一方面也可供學(xué)生課下學(xué)習(xí)、參閱。    本書可作為自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生的教材或參考書，也可供有關(guān)教師、科研人員及工程技術(shù)人員學(xué)習(xí)參考。

作者簡介

籍貫吉林省，l962年生，工學(xué)博士，現(xiàn)為吉林大學(xué)控制科學(xué)與工程系教授．博士生導(dǎo)師。主要從事本科生“計(jì)算機(jī)控制”、研究生“最優(yōu)控制”、“機(jī)器人控制”等課程的教學(xué)工作和復(fù)雜系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模與控制、智能機(jī)械與機(jī)器人控制等方面的科研工作。l995年～l996年在13本神戶大學(xué)進(jìn)行訪問研究，2001年～2002年在加拿大Ryerson大學(xué)進(jìn)行訪問研究。目前已承擔(dān)完成國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、國家“九五”攻關(guān)項(xiàng)目、教育部高等學(xué)校骨干教師資助計(jì)劃及吉林省杰出青年基金等國家及省部委項(xiàng)目1 0余項(xiàng)。獲機(jī)械工業(yè)部科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)l項(xiàng)。在國際國內(nèi)著名學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表學(xué)術(shù)論文60多篇，其中被SCl、El、ISTP收錄20余篇。
    現(xiàn)為教育部高等學(xué)校自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì)委員。

書籍目錄

第一章  緒論　1.1　計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述　1.2　計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的類型　1.3　計(jì)算機(jī)控制理論　1.4　計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例　1.5　計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展第二章  計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的硬件基礎(chǔ)  2.1　開關(guān)量輸入  2.2　開關(guān)量輸出  2.3　模擬量輸入  2.4　模擬量輸出  2.5　計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的電源  2.6　信號(hào)采樣與重構(gòu)  2.7　數(shù)字濾波  習(xí)題第三章  計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)　3.1　差分方程　3.2　z變換　3.3　逆z變換　3.4　脈沖傳遞函數(shù)　習(xí)題第四章  計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的特性分析　4.1　計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性　4.2　計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性　4.3　計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差　4.4　離散系統(tǒng)的根軌跡和頻率特性　習(xí)題第五章　計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的間接設(shè)計(jì)法　5.1　概述　5.2　基本設(shè)計(jì)方法　5.3　數(shù)字PID控制器的設(shè)計(jì)　5.4　數(shù)字PID控制器算法的改進(jìn)　5.5　數(shù)字PID控制器的參數(shù)整定　習(xí)題第六章  計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的直接設(shè)計(jì)法　6.1　概述　6.2　最少拍控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)　6.3　純滯后對(duì)象的控制算法　6.4　設(shè)計(jì)數(shù)字控制器的根軌跡法　6.5　數(shù)字控制器的頻域設(shè)計(jì)法　習(xí)題第七章　數(shù)字控制器的狀態(tài)空間設(shè)計(jì)方法　7.1  線性系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述及線性離散系統(tǒng)狀態(tài)空間　7.2　線性定常離散系統(tǒng)的能控性和能觀性  7.3　狀態(tài)反饋設(shè)計(jì)法  7.4　輸出反饋設(shè)計(jì)法  7.5　狀態(tài)觀測器設(shè)計(jì)  習(xí)題第八章　計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)　8.1　計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟　8.2　數(shù)字伺服系統(tǒng)　8.3　雙閉環(huán)直流數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)　8.4　電阻爐溫度控制系統(tǒng)　8.5　數(shù)字程序控制系統(tǒng)　　習(xí)題第九章　嵌入式系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)控制第十章　計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)部分習(xí)題參考答案參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

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《計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)》由高等教育出版社出版。

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