第1章计算机控制概论1

1.1典型的计算机控制系统2

1.2计算机控制系统的分类9

1.3计算机控制系统的结构和组成13

131控制对象16

132执行器17

133测量环节18

134数字调节器及输入、输出通道19

1.4计算机控制系统的性能及其指标27

141计算机控制系统的稳定性27

142计算机控制系统的能控性和能观测性28

143动态指标28

144稳态指标29

145综合指标30

1.5对象特性对控制性能的影响31

151对象放大系数对控制性能的影响32

152对象的惯性时间常数对控制性能的影响32

153对象的纯滞后时间对控制性能的影响32

1.6计算机控制研究的课题32

1.7计算机控制的发展方向34

1.8计算机控制的发展前景35

1.9练习题37

第2章线性离散系统的Z变换分析法38

2.1概述38

211线性离散系统的数学描述和分析方法38

212差分方程的解法40

2.2Z变换41

221Z变换的定义41

222Z变换的性质和定理43

2.3Z 反变换46

231部分分式法46

232长除法47

233留数计算法48

2.4用Z变换求解差分方程49

2.5Z传递函数50

251Z传递函数的定义50

252连续环节(或系统)的离散化51

253Z传递函数的性质55

254用Z传递函数来分析离散系统的过渡过程特性61

255用Z传递函数来分析离散系统的误差特性62

2.6线性离散系统的稳定性分析65

261S平面与Z平面的映射关系65

262线性离散系统的稳定域66

263线性离散系统的稳定判据67

2.7线性离散系统的性能分析72

2.8线性离散系统的根轨迹分析法74

281根轨迹分析法74

282开环零点、极点的分布对根轨迹的影响79

283Z平面上的等阻尼比线及其应用79

2.9线性离散系统的频率特性分析法81

291极坐标法81

292对数频率特性法83

2.10练习题85

第3章线性离散系统的离散状态空间分析法90

3.1概述90

3.2线性离散系统的离散状态空间表达式90

321由差分方程导出离散状态空间表达式91

322由Z传递函数建立离散状态空间表达式95

3.3线性离散系统离散状态方程的求解105

3.4线性离散系统的Z传递矩阵107

3.5线性离散系统的Z特征方程109

3.6计算机控制系统的离散状态空间表达式110

3.7用离散状态空间法分析系统的稳定性114

3.8练习题115

第4章计算机控制系统的离散化设计118

4.1有限拍设计概述118

4.2有限拍调节器的设计123

4.3采样频率的选择125

4.4有限拍无纹波设计127

4.5有限拍设计的改进132

4.6扰动系统的有限拍设计137

4.7有限拍设计的小结 139

4.8W变换设计法140

4.9根轨迹设计法143

4.10练习题144

第5章计算机控制系统的模拟化设计147

5.1概述147

5.2对数频率特性法校正148

5.3数字PID控制150

5.4数字PID控制的改进155

 541积分分离PID控制算法156

542不完全微分PID算法157

543微分先行PID算法159

544带死区的PID控制160

5.5数字PID调节器参数的整定161

551PID调节器参数对控制性能的影响161

552采样周期T的选择164

553扩充临界比例度法选择PID参数165

554扩充响应曲线法选择PID参数166

555PID归一参数的整定法166

556变参数的PID控制167

5.6数字PID调节器参数的自寻最优控制168

561性能指标的选择168

562寻优方法169

563自寻最优数字调节器的设计170

5.7练习题171

第6章模糊控制173

6.1概述173

6.2模糊逻辑的基本概念173

6.3模糊逻辑控制器的设计方法175

6.4模糊控制器的动态特性177

6.5用于机械手的混合模糊控制系统181

6.6模糊控制器的优化方法187

6.7基于行为分类的模糊控制器的设计方法192

6.8小结198

6.9 练习题198

第7章离散状态空间设计法199

 7.1概述199

 7.2离散系统的能控性和能观测性199

721离散系统的能控性200

722离散系统的能观测性202

 7.3离散状态空间设计法205

 7.4最小能量控制系统的设计215

 7.5离散二次型指标的最优控制219

 7.6离散系统的最大值原理223

 7.7离散时间线性调节器224

 7.8几个矩阵运算的结果226

 7.9 练习题226

第8章复杂规律计算机控制系统的设计228

8.1串级控制228

811串级控制系统的组成和工作原理228

812串级控制系统的特点230

813串级控制系统的应用范围233

814计算机串级控制系统235

815串级控制系统的设计原则237

816串级主控和副控调节器的选择237

817副控回路微分先行串级控制系统239

818多回路串级控制系统241

8.2前馈控制242

821前馈控制的工作原理242

822前馈控制的类型244

823计算机前馈控制250

824多变量前馈控制253

825前馈控制的设计原则256

826前馈调节器参数的整定257

8.3纯滞后对象的控制259

831大林算法259

832纯滞后补偿控制263

8.4多变量解耦控制273

841解耦控制原理273

842多变量解耦控制的综合方法275

843计算机多变量解耦控制278

844计算机多变量解耦控制举例282

8.5其他复杂规律控制系统的简介289

851比值控制289

852均匀控制291

853分程控制292

854自动选择性控制293

8.6练习题295

第9章集散型控制系统297

9.1 概述297

911典型的集散型控制系统297

912集散型控制系统的特点309

913集散型控制系统的发展概况311

9.2典型的集散型控制系统简介313

921山武霍尼威尔的TDCS2000系统313

922美国贝利控制公司的NETWORK90322

923德国西门子公司TELEPERM M集散型控制系统332

924新型的集散型信息管理控制系统TDCS3000338

9.3集散型控制系统的可靠性340

931可靠性指标340

932加强硬件质量管理提高系统的利用率341

933由系统的结构提高系统的利用率344

934系统的利用率346

9.4集散型控制系统数据通信概要349

941概述349

942局域网络通信协议简介352

943工业控制局域网络的选型356

9.5集散型控制系统的应用357

951TDCS2000在蒸馏塔最优化系统中的应用357

952TDCS2000在钢铁燃烧炉上的应用358

953TDCS2000用于锅炉控制363

9.6练习题368

第10章计算机控制系统的设计与实现369

10.1总体设计概述369

10.2体系结构设计、系统总线选择和计算机机型选择370

10.3输入、输出通道设计概要375

1031模拟量输入模板THIPC7401376

1032模拟量输出模板THIPC7410382

1033数字量输入模板THIPC7601383

1034数字量输出模板THIPC7600384

1035信号调理模板THIPC7431384

1036继电器输出模板THIPC7620386

10.4工业控制机提高可靠性的措施386

1041系统的结构设计386

1042元器件的选择，老化筛选388

1043信号、电源、接地的抗干扰措施389

1044感性负载回路的抗干扰措施390

1045多重化结构技术390

1046信号隔离技术393

1047看门狗(Watchdog)及电源掉电检测技术404

1048软件设计的可靠性措施405

10.5数字调节器的计算机实现406

1051直接实现法406

1052直接实现的正则形式Ⅰ407

1053直接实现的正则形式Ⅱ407

1054串接实现法409

1055并接实现法409

1056数字调节器实现方法小结410

10.6数学模型的转换411

1061传递函数与Z传递函数间的相互转换412

1062微分方程转换为差分方程——差分变换法419

1063连续与离散状态方程的相互转换420

10.7控制系统的计算机辅助设计、计算和数字仿真423

1071控制系统的计算机辅助设计423

1072计算机的辅助计算430

1073控制系统的数字仿真433

10.8计算机控制程序设计概要443

1081程序设计的功能要求443

1082结构程序设计443

10.9计算机控制系统的设计445

1091农药生产过程的计算机控制445

1092智能移动机器人的设计与实现456

10.10练习题459

附录A拉氏变换及Z变换表461

参考文献464