計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

前言

為了更好地適應(yīng)當(dāng)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(zhuǎn)移階段中社會對高校應(yīng)用型人才培養(yǎng)的各類要求，探索和建立我國高等學(xué)校應(yīng)用型人才培養(yǎng)體系，全國高等學(xué)校教學(xué)研究中心（以下簡稱“教研中心”）在承擔(dān)全國教育科學(xué)“十五”國家規(guī)劃課題——“21世紀(jì)中國高等教育人才培養(yǎng)體系的創(chuàng)新與實(shí)踐”研究工作的基礎(chǔ)上，組織全國100余所以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為主的高等院校，進(jìn)行其子項(xiàng)目課題——“21世紀(jì)中國高等學(xué)校應(yīng)用型人才培養(yǎng)體系的創(chuàng)新與實(shí)踐”的研究與探索，在高等院校應(yīng)用型人才培養(yǎng)的教學(xué)內(nèi)容、課程體系研究等方面取得了標(biāo)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(yīng)應(yīng)用型人才培養(yǎng)需要的立體化教材，冠以“教育科學(xué)‘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(xué)院組織召開了“21世紀(jì)中國高等學(xué)校應(yīng)用型人才培養(yǎng)體系的創(chuàng)新與實(shí)踐”課題立項(xiàng)研討會。會議確定由教研中心組織國家級課題立項(xiàng)，為參加立項(xiàng)研究的高等院校搭建高起點(diǎn)的研究平臺，整體設(shè)計(jì)立項(xiàng)研究計(jì)劃，明確目標(biāo)。課題立項(xiàng)采用整體規(guī)劃、分步實(shí)施、滾動(dòng)立項(xiàng)的方式，分期分批啟動(dòng)立項(xiàng)研究計(jì)劃。為了確保課題立項(xiàng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，組建了“21世紀(jì)中國高等學(xué)校應(yīng)用型人才培養(yǎng)體系的創(chuàng)新與實(shí)踐”課題領(lǐng)導(dǎo)小組（亦為高校應(yīng)用型人才立體化教材建設(shè)領(lǐng)導(dǎo)小組）。會后，教研中心組織了首批課題立項(xiàng)申報(bào)，有63所高校申報(bào)了近450項(xiàng)課題。2003年1月，在黑龍江工程學(xué)院進(jìn)行了項(xiàng)目評審，經(jīng)過課題領(lǐng)導(dǎo)小組嚴(yán)格的把關(guān)，確定了首批9項(xiàng)子課題的牽頭學(xué)校、主持學(xué)校和參加學(xué)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(xué)改革的情況和面臨的具體問題，確定了項(xiàng)目分工，并全面開始研究工作。計(jì)劃先集中力量，用兩年時(shí)間形成一批有關(guān)人才培養(yǎng)模式、培養(yǎng)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容和課程體系等理論研究成果報(bào)告和在研究報(bào)告基礎(chǔ)上同步組織建設(shè)的反映應(yīng)用型人才培養(yǎng)特色的立體化系列教材。

內(nèi)容概要

　　《計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（第2版）》系統(tǒng)地闡述了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)，在論述內(nèi)容方面進(jìn)行適當(dāng)修改、補(bǔ)充；增加了習(xí)題參考答案。《計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（第2版）》主要內(nèi)容有：討論計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中信號的類型，數(shù)學(xué)基礎(chǔ)——z變換，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述及脈沖傳遞函數(shù)，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(shù)字控制器設(shè)計(jì)問題，包括連續(xù)控制器離散化方法，數(shù)字PID控制器的設(shè)計(jì)及改進(jìn)，快速被控對象的最少拍控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及具有大慣性、純滯后被控對象的慢速系統(tǒng)的直接設(shè)計(jì)方法，對一些有效的預(yù)估控制決策進(jìn)行了探討，論述了建立預(yù)估模型的工程方法?！队?jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（第2版）》還討論了數(shù)字控制器的實(shí)現(xiàn)問題以及計(jì)算機(jī)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(shè)計(jì)。書中例題、各章習(xí)題參考答案大部分采用MATLAB軟件仿真和計(jì)算，具有解題、設(shè)計(jì)新思路?！　　队?jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（第2版）》可作為高等學(xué)校自動(dòng)化、電氣工程及其自動(dòng)化、測控技術(shù)以及自動(dòng)控制等相關(guān)專業(yè)的本科生教材，也可供有關(guān)工程技術(shù)人員和教師參考。

書籍目錄

第1章  緒論  1.1  概述    1.1.1  計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)    1.1.2  計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成  1.2  計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的類型、特點(diǎn)    1.2.1  計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的類型    1.2.2  計(jì)算機(jī)控制的主要特點(diǎn)  1.3  計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展概況及趨勢  1.4  計(jì)算機(jī)控制理論的發(fā)展  習(xí)題第2章  計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的信號特征  2.1  信息變換原理    2.1.1  數(shù)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(fù)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(xí)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(dá)式    3.1.2  簡單函數(shù)的z變換  3.2  z變換的重要性質(zhì)和定理  3.3  z反變換    3.3.1  冪級數(shù)展開法    3.3.2  部分分式法    3.3.3  反演積分法(留數(shù)法)  習(xí)題第4章  計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述及脈沖傳遞函數(shù)  4.1  離散系統(tǒng)  4.2  差分方程    4.2.1  線性常系數(shù)差分方程    4.2.2  差分方程求解  4.3  脈沖傳遞函數(shù)(z傳遞函數(shù))    4.3.1  脈沖傳遞函數(shù)定義    4.3.2  脈沖傳遞函數(shù)的求取  4.4  計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)脈沖傳遞函數(shù)及系統(tǒng)方框圖變換方法    4.4.1  計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)脈沖傳遞函數(shù)    4.4.2  計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)方框圖分析  習(xí)題第5章  計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)特性分析  5.1  計(jì)算機(jī)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(guān)系    5.1.3  計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性  5.2  計(jì)算機(jī)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(jìn)行穩(wěn)定性分析    5.2.2  朱里(Jury)穩(wěn)定性準(zhǔn)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(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過程    5.3.1  閉環(huán)離散系統(tǒng)的暫態(tài)響應(yīng)    5.3.2  修正z變換    5.3.3  含有滯后環(huán)節(jié)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的輸出響應(yīng)    5.3.4  利用修正z變換求采樣點(diǎn)之間的信息  5.4  計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差分析    5.4.1  計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差與穩(wěn)態(tài)誤差常數(shù)    5.4.2  計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)對干擾輸入作用的響應(yīng)  習(xí)題第6章  計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)連續(xù)域-離散 化設(shè)計(jì)方法  6.1  連續(xù)域-離散化設(shè)計(jì)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(yù)畸的雙線性變換    6.2.5  脈沖響應(yīng)不變法    6.2.6  階躍響應(yīng)不變法    6.2.7  匹配零、極點(diǎn)映射法  6.3  數(shù)字PID控制器設(shè)計(jì)    6.3.1  典型PID控制    6.3.2  數(shù)字PID控制器參數(shù)的整定    6.3.3  數(shù)字PID控制器算法的改進(jìn)  習(xí)題第7章  計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的直接設(shè)計(jì)方法  7.1  最少拍數(shù)字控制器設(shè)計(jì)方法    7.1.1  控制量初值不加規(guī)定的最少拍數(shù)字控制器設(shè)計(jì)    7.1.2  規(guī)定控制量的最少拍數(shù)字控制器設(shè)計(jì)  7.2  最少拍數(shù)字控制器的一般設(shè)計(jì)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(shù)φ(z)的一般方法    7.2.2  最少拍無紋波系統(tǒng)設(shè)計(jì)  7.3  純滯后系統(tǒng)數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)(Dahlin算法)    7.3.1  數(shù)字控制器D(z)的形式    7.3.2  振鈴現(xiàn)象及其消除    7.3.3  具有純滯后系統(tǒng)數(shù)字控制器直接設(shè)計(jì)的步驟  7.4  施密斯(Smith)預(yù)估補(bǔ)償算法  7.5  滯后過程的預(yù)估控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)  習(xí)題第8章  數(shù)字控制器的實(shí)現(xiàn)  8.1  直接結(jié)構(gòu)法    8.1.1  直接程序法    8.1.2  標(biāo)準(zhǔn)程序法  8.2  間接結(jié)構(gòu)法    8.2.1  串聯(lián)程序法    8.2.2  并聯(lián)程序法    8.2.3  梯形程序法  8.3  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    8.3.1  無限脈沖響應(yīng)數(shù)字控制器    8.3.2  有限脈沖響應(yīng)數(shù)字控制器    8.3.3  有限脈沖響應(yīng)數(shù)字控制器的實(shí)現(xiàn)  習(xí)題第9章  線性離散系統(tǒng)的離散狀態(tài)空間分析、設(shè)計(jì)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(dá)式    9.1.2  由差分方程導(dǎo)出離散狀態(tài)空間表達(dá)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(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的離散狀態(tài)空間表達(dá)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)法  習(xí)題習(xí)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(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：DDC系統(tǒng)是最重要的一類計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，通常它直接影響控制目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。DDC系統(tǒng)性能的優(yōu)劣不僅跟計(jì)算機(jī)硬件和軟件技術(shù)有關(guān)，而且更主要的是它涉及很多控制理論問題。正因?yàn)槿绱?，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(jié)構(gòu)上，可以說同模擬控制系統(tǒng)沒有什么本質(zhì)的區(qū)別。只是用計(jì)算機(jī)的數(shù)值計(jì)算替代模擬電子線路來實(shí)現(xiàn)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(shí)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(shí)間信號），其他類型的計(jì)算機(jī)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(shù)學(xué)描述、分析和設(shè)計(jì)的理論與方法不能直接用于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)需要另有與之相應(yīng)的理論和方法來處理。關(guān)于如何處理計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述、分析和設(shè)計(jì)問題的理論與方法，正是本書后面要講述的主要內(nèi)容。

編輯推薦

《計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第2版)》編著者喜愛民。    計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)存在著一些模擬控制系統(tǒng)所沒有的現(xiàn)象，因此對其分析要采取相應(yīng)的理論。本書討論的就是采用計(jì)算機(jī)作為標(biāo)準(zhǔn)控制部件的數(shù)字控制系統(tǒng)，即計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。由于系統(tǒng)中采用了計(jì)算機(jī)，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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論知識。這些知識對于自動(dòng)化、自動(dòng)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)方面工作的工程技術(shù)人員來說也是必備的基礎(chǔ)。

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