計算機控制系統(tǒng)

目錄
第1章 緒論 1
1.1 自動控制系統(tǒng)概述 1
1.2 計算機控制系統(tǒng)的組成和基本原理 2
1.3 常用計算機控制系統(tǒng)主機 4
1.3.1 工控機 4
1.3.2 可編程邏輯控制器 5
1.3.3 單片機 5
1.3.4 數(shù)字信號處理器 6
1.3.5 ARM 處理器 7
1.4 計算機控制系統(tǒng)的特點 7
1.5 典型計算機控制系統(tǒng) 8
1.6 計算機控制系統(tǒng)分類 9
1.6.1 按功能和結(jié)構(gòu)特點分類 9
1.6.2 按控制規(guī)律分類 12
1.7 計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 13
習(xí)題 14
第2章 計算機輸入/輸出接口與過程通道 15
2.1 總線技術(shù) 15
2.1.1 總線的基本概念及特點 15
2.1.2 總線的分類 16
2.1.3 總線標(biāo)準(zhǔn) 17
2.1.4 常用外部總線 18
2.2 數(shù)字量輸入通道 18
2.3 數(shù)字量輸出通道 20
2.4 模擬量輸入通道 22
2.4.1 傳感器及其測量線路 22
2.4.2 信號調(diào)節(jié)放大電路 30
2.4.3 數(shù)據(jù)采集與處理方法 35
2.4.4 A/D 轉(zhuǎn)換器 38
2.5 模擬量輸出通道 43
2.5.1 D/A 轉(zhuǎn)換器的工作原理 44
2.5.2 D/A 轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo) 45
2.5.3 DAC0832 46
習(xí)題 50
第3章 計算機控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述 51
3.1 信號的類型與采樣的形式 51
3.1.1 信號的類型 51
3.1.2 采樣的形式 52
3.2 信號的采樣與重構(gòu) 52
3.2.1 采樣過程及采樣定理 52
3.2.2 連續(xù)信號的重構(gòu) 58
3.3 z 變換與z 逆變換 61
3.3.1 脈沖響應(yīng)和卷積和 61
3.3.2 z 變換 62
3.3.3 z 逆變換 65
3.4 z 差分方程與離散傳遞函數(shù) 66
3.4.1 線性差分方程 66
3.4.2 脈沖傳遞函數(shù)(z 傳遞函數(shù)) 68
3.5 計算機控制系統(tǒng)的離散化模型 69
3.5.1 連續(xù)對象的ZOH 離散化 69
3.5.2 具有連續(xù)時滯對象的改進(jìn)z 變換 71
習(xí)題 72
第4章 計算機控制系統(tǒng)的特性分析 73
4.1 計算機控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性 73
4.1.1 穩(wěn)定性條件及穩(wěn)定性判據(jù) 73
4.1.2 采樣周期對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響 80
4.2 計算機控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能 81
4.2.1 穩(wěn)態(tài)誤差的定義 81
4.2.2 典型輸入信號下的穩(wěn)態(tài)誤差分析 82
4.2.3 采樣周期對穩(wěn)態(tài)性能的影響 85
4.3 計算機控制系統(tǒng)的動態(tài)特性 88
4.3.1 零極點分布與系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng) 88
4.3.2 系統(tǒng)的動態(tài)性能指標(biāo) 90
4.3.3 采樣周期對系統(tǒng)動態(tài)特性的影響 93
習(xí)題 94
第5章 計算機控制系統(tǒng)的頻率響應(yīng) 95
5.1 基于時間域提升技術(shù)的頻率響應(yīng)計算 95
5.2 基于頻域提升技術(shù)的頻率響應(yīng)計算 96
5.3 計算機控制系統(tǒng)頻率響應(yīng)的直接計算 98
5.4 典型應(yīng)用Ⅰ——球桿系統(tǒng) 103
5.5 典型應(yīng)用Ⅱ——時滯不確定采樣系統(tǒng) 108
5.5.1 時滯不確定系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 109
5.5.2 算例 111
5.6 典型應(yīng)用Ⅲ——力覺接口的無源性設(shè)計 114
5.6.1 無源性及無源性條件 115
5.6.2 系統(tǒng)設(shè)計 118
習(xí)題 120
第6章 計算機控制系統(tǒng)的連續(xù)化設(shè)計 121
6.1 數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計 121
6.1.1 設(shè)計原理和步驟 121
6.1.2 連續(xù)控制器的離散化方法 121
6.2 數(shù)字PID 控制算法 125
6.2.1 位置式PID 算法 126
6.2.2 增量式PID 算法 126
6.2.3 數(shù)字PID 算法的改進(jìn) 127
6.3 數(shù)字PID 控制器的參數(shù)整定 129
習(xí)題 131
第7章 計算機控制系統(tǒng)的魯棒穩(wěn)定性分析 133
7.1 不確定性及小增益定理 133
7.1.1 對象的不確定性 133
7.1.2 不確定性和魯棒性 136
7.1.3 范數(shù)有界不確定性 136
7.1.4 小增益定理 137
7.2 魯棒穩(wěn)定性分析的新方法 138
習(xí)題 142
第8章 計算機控制系統(tǒng)的離散化設(shè)計 143
8.1 概述 143
8.2 最少拍控制器設(shè)計 144
8.2.1 最少拍控制器 144
8.2.2 最少拍有紋波控制器設(shè)計 147
8.2.3 最少拍無紋波控制器設(shè)計 148
8.3 具有純滯后對象的控制系統(tǒng)設(shè)計 149
8.3.1 史密斯預(yù)估器 149
8.3.2 達(dá)林算法 151
8.4 串級控制 151
8.4.1 串級控制的結(jié)構(gòu)和原理 151
8.4.2 數(shù)字串級控制算法 152
8.5 前饋-反饋控制 153
8.5.1 前饋-反饋控制的結(jié)構(gòu)和原理 153
8.5.2 數(shù)字前饋-反饋控制算法 153
8.6 解耦控制 154
8.6.1 解耦控制原理 154
8.6.2 多變量解耦控制方法 155
習(xí)題 157
第9章 計算機控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間法設(shè)計 159
9.1 系統(tǒng)的離散狀態(tài)空間描述 159
9.1.1 連續(xù)狀態(tài)方程的離散化 159
9.1.2 矩陣指數(shù)及其積分的計算 160
9.1.3 z 傳遞函數(shù)矩陣 162
9.2 能控性與能觀測性 162
9.3 狀態(tài)反饋控制律的極點配置設(shè)計 163
9.4 狀態(tài)觀測器設(shè)計 163
9.4.1 全狀態(tài)觀測器 163
9.4.2 降階觀測器 164
9.5 具有狀態(tài)觀測器的狀態(tài)反饋控制律設(shè)計 165
9.6 線性二次型最優(yōu)調(diào)節(jié)器(LQR)設(shè)計 166
9.6.1 有限時間最優(yōu)調(diào)節(jié)器設(shè)計 166
9.6.2 無限時間最優(yōu)調(diào)節(jié)器設(shè)計 168
9.7 最優(yōu)狀態(tài)估計——離散卡爾曼濾波器 169
習(xí)題 171
第10章 計算機控制系統(tǒng)的工程設(shè)計及應(yīng)用 173
10.1 系統(tǒng)的設(shè)計原則與步驟 173
10.1.1 設(shè)計原則 173
10.1.2 設(shè)計步驟 174
10.2 計算機控制系統(tǒng)的可靠性技術(shù) 175
10.2.1 控制系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計 175
10.2.2 系統(tǒng)的軟件可靠性設(shè)計 176
10.3 計算機控制系統(tǒng)的工程設(shè)計與實現(xiàn) 176
10.4 直流電動機閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計舉例 178
習(xí)題 185
參考文獻(xiàn) 186