計算機控制系統(tǒng)

前言

為了更好地適應當前我國高等教育跨越式發(fā)展需要，滿足我國高校從精英教育向大眾化教育的重大轉移階段中社會對高校應用型人才培養(yǎng)的各類要求，探索和建立我國高等學校應用型人才培養(yǎng)體系，全國高等學校教學研究中心（以下簡稱“教研中心”）在承擔全國教育科學“十五”國家規(guī)劃課題——“21世紀中國高等教育人才培養(yǎng)體系的創(chuàng)新與實踐”研究工作的基礎上，組織全國100余所以培養(yǎng)應用型人才為主的高等院校，進行其子項目課題——“21世紀中國高等學校應用型人才培養(yǎng)體系的創(chuàng)新與實踐”的研究與探索，在高等院校應用型人才培養(yǎng)的教學內容、課程體系研究等方面取得了標志性成果，并在高等教育出版社的支持和配合下，推出了一批適應應用型人才培養(yǎng)需要的立體化教材，冠以“教育科學‘十五’國家規(guī)劃課題研究成果”。2002年11月，教研中心在南京工程學院組織召開了“21世紀中國高等學校應用型人才培養(yǎng)體系的創(chuàng)新與實踐”課題立項研討會。會議確定由教研中心組織國家級課題立項，為參加立項研究的高等院校搭建高起點的研究平臺，整體設計立項研究計劃，明確目標。課題立項采用整體規(guī)劃、分步實施、滾動立項的方式，分期分批啟動立項研究計劃。為了確保課題立項目標的實現，組建了“21世紀中國高等學校應用型人才培養(yǎng)體系的創(chuàng)新與實踐”課題領導小組（亦為高校應用型人才立體化教材建設領導小組）。會后，教研中心組織了首批課題立項申報，有63所高校申報了近450項課題。2003年1月，在黑龍江工程學院進行了項目評審，經過課題領導小組嚴格的把關，確定了首批9項子課題的牽頭學校、主持學校和參加學校。2003年3月至4月，各子課題相繼召開了工作會議，交流了各校教學改革的情況和面臨的具體問題，確定了項目分工，并全面開始研究工作。計劃先集中力量，用兩年時間形成一批有關人才培養(yǎng)模式、培養(yǎng)目標、教學內容和課程體系等理論研究成果報告和在研究報告基礎上同步組織建設的反映應用型人才培養(yǎng)特色的立體化系列教材。

內容概要

　　《計算機控制系統(tǒng)（第2版）》系統(tǒng)地闡述了計算機控制系統(tǒng)分析、設計的基本理論和方法，全書分9章。本次修訂和第1版比較，沒有改變章節(jié)結構，在論述內容方面進行適當修改、補充；增加了習題參考答案?！队嬎銠C控制系統(tǒng)（第2版）》主要內容有：討論計算機控制系統(tǒng)中信號的類型，數學基礎——z變換，計算機控制系統(tǒng)的數學描述及脈沖傳遞函數，差分方程及求解，離散系統(tǒng)方框圖變換方法，系統(tǒng)特性分析及系統(tǒng)穩(wěn)定性判定方法。講述數字控制器設計問題，包括連續(xù)控制器離散化方法，數字PID控制器的設計及改進，快速被控對象的最少拍控制系統(tǒng)的設計以及具有大慣性、純滯后被控對象的慢速系統(tǒng)的直接設計方法，對一些有效的預估控制決策進行了探討，論述了建立預估模型的工程方法?！队嬎銠C控制系統(tǒng)（第2版）》還討論了數字控制器的實現問題以及計算機控制系統(tǒng)的離散狀態(tài)空間分析方法和有限拍控制系統(tǒng)設計。書中例題、各章習題參考答案大部分采用MATLAB軟件仿真和計算，具有解題、設計新思路。　　《計算機控制系統(tǒng)（第2版）》可作為高等學校自動化、電氣工程及其自動化、測控技術以及自動控制等相關專業(yè)的本科生教材，也可供有關工程技術人員和教師參考。

書籍目錄

第1章  緒論  1.1  概述    1.1.1  計算機控制系統(tǒng)    1.1.2  計算機控制系統(tǒng)組成  1.2  計算機控制系統(tǒng)的類型、特點    1.2.1  計算機控制系統(tǒng)的類型    1.2.2  計算機控制的主要特點  1.3  計算機控制的發(fā)展概況及趨勢  1.4  計算機控制理論的發(fā)展  習題第2章  計算機控制系統(tǒng)的信號特征  2.1  信息變換原理    2.1.1  數字控制系統(tǒng)方框圖及系統(tǒng)信息    2.1.2  采樣過程及理想采樣信號的特征    2.1.3  采樣定理  2.2  采樣信號的恢復與保持器    2.2.1  理想濾波器    2.2.2  零階保持器    2.2.3  一階保持器  習題第3章  z變換  3.1  z變換定義    3.1.1  z變換定義及表達式    3.1.2  簡單函數的z變換  3.2  z變換的重要性質和定理  3.3  z反變換    3.3.1  冪級數展開法    3.3.2  部分分式法    3.3.3  反演積分法(留數法)  習題第4章  計算機控制系統(tǒng)的數學描述及脈沖傳遞函數  4.1  離散系統(tǒng)  4.2  差分方程    4.2.1  線性常系數差分方程    4.2.2  差分方程求解  4.3  脈沖傳遞函數(z傳遞函數)    4.3.1  脈沖傳遞函數定義    4.3.2  脈沖傳遞函數的求取  4.4  計算機控制系統(tǒng)脈沖傳遞函數及系統(tǒng)方框圖變換方法    4.4.1  計算機控制系統(tǒng)脈沖傳遞函數    4.4.2  計算機控制系統(tǒng)方框圖分析  習題第5章  計算機控制系統(tǒng)特性分析  5.1  計算機控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析    5.1.1  連續(xù)系統(tǒng)穩(wěn)定性及穩(wěn)定條件    5.1.2  s平面與z平面的映射關系    5.1.3  計算機控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性  5.2  計算機控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性判定方法    5.2.1  通過雙線性變換進行穩(wěn)定性分析    5.2.2  朱里(Jury)穩(wěn)定性準則    5.2.3  采樣周期對閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響  5.3  計算機控制系統(tǒng)動態(tài)過程    5.3.1  閉環(huán)離散系統(tǒng)的暫態(tài)響應    5.3.2  修正z變換    5.3.3  含有滯后環(huán)節(jié)的計算機控制系統(tǒng)的輸出響應    5.3.4  利用修正z變換求采樣點之間的信息  5.4  計算機控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差分析    5.4.1  計算機控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差與穩(wěn)態(tài)誤差常數    5.4.2  計算機控制系統(tǒng)對干擾輸入作用的響應  習題第6章  計算機控制系統(tǒng)連續(xù)域-離散 化設計方法  6.1  連續(xù)域-離散化設計的基本原理  6.2  連續(xù)控制器的離散化方法    6.2.1  后向差分法    6.2.2  前向差分法    6.2.3  雙線性變換法    6.2.4  具有頻率預畸的雙線性變換    6.2.5  脈沖響應不變法    6.2.6  階躍響應不變法    6.2.7  匹配零、極點映射法  6.3  數字PID控制器設計    6.3.1  典型PID控制    6.3.2  數字PID控制器參數的整定    6.3.3  數字PID控制器算法的改進  習題第7章  計算機控制系統(tǒng)的直接設計方法  7.1  最少拍數字控制器設計方法    7.1.1  控制量初值不加規(guī)定的最少拍數字控制器設計    7.1.2  規(guī)定控制量的最少拍數字控制器設計  7.2  最少拍數字控制器的一般設計方法    7.2.1  最少拍有紋波系統(tǒng)確定閉環(huán)脈沖傳遞函數φ(z)的一般方法    7.2.2  最少拍無紋波系統(tǒng)設計  7.3  純滯后系統(tǒng)數字控制器的設計(Dahlin算法)    7.3.1  數字控制器D(z)的形式    7.3.2  振鈴現象及其消除    7.3.3  具有純滯后系統(tǒng)數字控制器直接設計的步驟  7.4  施密斯(Smith)預估補償算法  7.5  滯后過程的預估控制系統(tǒng)設計  習題第8章  數字控制器的實現  8.1  直接結構法    8.1.1  直接程序法    8.1.2  標準程序法  8.2  間接結構法    8.2.1  串聯程序法    8.2.2  并聯程序法    8.2.3  梯形程序法  8.3  無限脈沖響應數字控制器和有限脈沖響應數字控制器    8.3.1  無限脈沖響應數字控制器    8.3.2  有限脈沖響應數字控制器    8.3.3  有限脈沖響應數字控制器的實現  習題第9章  線性離散系統(tǒng)的離散狀態(tài)空間分析、設計方法  9.1  線性離散系統(tǒng)的離散狀態(tài)空間分析法    9.1.1  線性離散系統(tǒng)的離散狀態(tài)空間表達式    9.1.2  由差分方程導出離散狀態(tài)空間表達式    9.1.3  線性離散系統(tǒng)狀態(tài)方程的求解    9.1.4  線性離散系統(tǒng)的z傳遞矩陣    9.1.5  線性離散系統(tǒng)的z特征方程    9.1.6  計算機控制系統(tǒng)的離散狀態(tài)空間表達式    9.1.7  用離散狀態(tài)空間法分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性  9.2  線性系統(tǒng)離散狀態(tài)空間設計方法    9.2.1  離散系統(tǒng)的能控性和能觀測性    9.2.2  離散狀態(tài)空間有限拍系統(tǒng)設計法  習題習題參考答案  第2章  第3章  第4章  第5章  第6章  第7章  第8章  第9章參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：DDC系統(tǒng)是最重要的一類計算機控制系統(tǒng)，通常它直接影響控制目標的實現。DDC系統(tǒng)性能的優(yōu)劣不僅跟計算機硬件和軟件技術有關，而且更主要的是它涉及很多控制理論問題。正因為如此，將DDC系統(tǒng)列為本書的主要研究對象。需要指出，DDC系統(tǒng)在系統(tǒng)結構上，可以說同模擬控制系統(tǒng)沒有什么本質的區(qū)別。只是用計算機的數值計算替代模擬電子線路來實現各種控制律而已。但是，就系統(tǒng)中信號的類型而言，DDC系統(tǒng)和模擬控制系統(tǒng)卻有著很大差別。模擬控制系統(tǒng)是連續(xù)系統(tǒng)，系統(tǒng)中只有一種類型的信號，即連續(xù)時間信號（簡稱連續(xù)信號）。而DDC系統(tǒng)則是混合系統(tǒng)，系統(tǒng)中既有連續(xù)信號又有離散信號（即離散時間信號），其他類型的計算機控制系統(tǒng)也是如此。由此決定了處理模擬控制系統(tǒng)的數學描述、分析和設計的理論與方法不能直接用于計算機控制系統(tǒng)。計算機控制系統(tǒng)需要另有與之相應的理論和方法來處理。關于如何處理計算機控制系統(tǒng)的數學描述、分析和設計問題的理論與方法，正是本書后面要講述的主要內容。

編輯推薦

《計算機控制系統(tǒng)(第2版)》編著者喜愛民。    計算機控制系統(tǒng)存在著一些模擬控制系統(tǒng)所沒有的現象，因此對其分析要采取相應的理論。本書討論的就是采用計算機作為標準控制部件的數字控制系統(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)也可稱為離散控制系統(tǒng)。本書的主要目的就是使讀者牢固掌握計算機控制系統(tǒng)的基礎理論知識。這些知識對于自動化、自動控制等相關專業(yè)的教學是必不可少的內容，對于從事控制系統(tǒng)方面工作的工程技術人員來說也是必備的基礎。

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