第1章计算机控制导论1
1.1计算机控制系统概述1
1.1.1计算机控制系统组成1
1.1.2计算机控制系统特点4
1.1.3计算机控制系统优点4
1.2计算机控制系统的发展与应用6
1.2.1计算机控制系统发展概述6
1.2.2计算机控制系统应用与分类8
1.3计算机控制系统的理论与设计问题12
1.3.1计算机控制系统的理论问题12
1.3.2计算机控制系统的设计与实现15
本章小结17
第2章计算机控制系统信号分析18
2.1控制系统中信号分类18
2.1.1A/D变换20
2.1.2D/A变换21
2.1.3计算机控制系统中信号的分类22
2.2理想采样过程的数学描述及特性分析23
2.2.1采样过程的描述23
2.2.2理想采样信号的时域描述24
2.2.3理想采样信号的复域描述26
2.2.4理想采样信号的频域描述29
2.2.5采样定理34
2.2.6前置滤波器37
2.3信号的恢复与重构39
2.3.1理想恢复过程39
2.3.2非理想恢复过程40
2.3.3零阶保持器41
2.3.4后置滤波43
2.4信号的整量化43
2.5计算机控制系统简化结构44
本章小结45
第3章计算机控制系统的数学描述47
3.1离散系统的时域描述——差分方程47
3.1.1差分的定义47
3.1.2差分方程48
3.1.3线性常系数差分方程的迭代求解49
3.2z变换50
3.2.1z变换的定义50
3.2.2z变换的基本定理53
3.2.3求z变换及反变换的方法56
3.2.4差分方程的z变换解法61
3.3脉冲传递函数61
3.3.1脉冲传递函数定义61
3.3.2脉冲传递函数特性62
3.3.3差分方程与脉冲传递函数63
3.4离散系统的方块图分析64
3.4.1环节连接的等效变换65
3.4.2闭环反馈系统脉冲传递函数67
3.4.3计算机控制系统的闭环脉冲传递函数69
3.4.4干扰作用时闭环系统的输出72
3.5离散系统的频域描述73
3.5.1离散系统频率特性的定义73
3.5.2离散系统频率特性的计算73
3.5.3离散系统频率特性的特点77
3.6离散系统的状态空间描述81
3.6.1由差分方程建立离散状态方程81
3.6.2由脉冲传递函数建立离散状态方程83
3.6.3计算机控制系统状态方程85
3.6.4离散状态方程求解89
3.6.5脉冲传递函数阵90
3.7应用实例90
本章小结95
第4章计算机控制系统分析97
4.1s平面和z平面之间的映射97
4.1.1s平面和z平面的基本映射关系97
4.1.2s平面上等值线在z平面的映射101
4.2稳定性分析103
4.2.1离散系统的稳定条件104
4.2.2稳定性的检测105
4.2.3采样周期与系统稳定性108
4.3稳态误差分析109
4.3.1离散系统稳态误差的定义109
4.3.2离散系统稳态误差的计算110
4.3.3采样周期对稳态误差的影响113
4.4时域特性分析115
4.4.1离散系统动态特性指标的提法及限制条件115
4.4.2极点零点位置与时间响应的关系116
4.4.3采样系统动态响应的计算120
4.5频域特性分析121
4.5.1频域系统稳定性的分析121
4.5.2相对稳定性的检验123
4.6应用实例124
本章小结126
第5章计算机控制系统的经典设计方法128
5.1连续域—离散化设计128
5.1.1设计原理和步骤128
5.1.2各种离散化方法130
5.2数字PID控制器设计156
5.2.1数字PID基本算法156
5.2.2数字PID控制算法改进159
5.2.3PID调节参数的整定164
5.3控制系统z平面设计性能指标要求167
5.3.1时域性能指标要求167
5.3.2频域性能指标要求169
5.4z平面根轨迹设计170
5.4.1z平面根轨迹170
5.4.2z平面根轨迹设计方法172
5.5w′变换及频率域设计178
5.5.1w′变换178
5.5.2w′域设计法182
5.5.3设计举例182
本章小结187
第6章计算机控制系统状态空间设计189
6.1离散系统状态空间描述的基本特性190
6.1.1可控性与可达性190
6.1.2可观性194
6.1.3可控性及可观性某些问题的说明196
6.1.4采样系统可控可观性与采样周期的关系198
6.2状态反馈控制律的极点配置设计200
6.2.1状态反馈控制201
6.2.2单输入系统的极点配置203
6.2.3多输入系统的极点配置208
6.3状态观测器设计209
6.3.1系统状态的开环估计209
6.3.2全阶状态观测器设计210
6.3.3降维状态观测器216
6.4调节器设计（控制律与观测器的组合）217
6.4.1调节器设计分离原理218
6.4.2调节器系统的控制器218
6.4.3控制律及观测器极点选择219
6.5最优二次型设计222
6.5.1概述222
6.5.2无限时间离散最优二次型223
6.5.3采样系统最优二次型设计225
6.5.4离散最优二次型调节器228
本章小结229
第7章计算机控制系统组建以及实现技术230
7.1硬件组成及输入输出接口231
7.1.1控制用计算机系统的硬件要求232
7.1.2控制用计算机的选择235
7.1.3计算机控制系统的模拟输出通道237
7.1.4计算机控制系统的模拟输入通道242
7.1.5计算机控制系统的数字输入输出通道248
7.1.6信号的调理250
7.1.7总线技术251
7.2系统测试信号的处理256
7.2.1测试信号的滤波256
7.2.2测试信号的线性化处理259
7.3计算机控制系统的实时软件设计260
7.3.1软件的分类260
7.3.2实时控制程序设计语言的选用262
7.3.3实时控制软件的设计263
7.4控制算法的编排实现266
7.4.1控制算法的编排结构266
7.4.2比例因子的配置268
7.5量化效应分析272
7.5.1有限字长二进制特性273
7.5.2计算机控制系统中的量化277
7.5.3量化误差分析277
7.5.4量化效应的非线性分析281
7.5.5控制算法δ变换描述284
7.6采样频率的选取286
7.6.1采样频率对系统性能的影响286
7.6.2选择采样频率的经验规则289
7.6.3多采样频率配置290
7.7计算机控制系统的抗干扰及可靠性技术291
7.7.1干扰源及抗干扰措施291
7.7.2提高系统可靠性的措施297
本章小结301
第8章嵌入式系统及可编程控制器303
8.1嵌入式系统303
8.1.1概述303
8.1.2软硬件协同设计技术307
8.1.3实时操作系统310
8.1.4嵌入式系统的开发316
8.1.5嵌入式控制系统设计实例324
8.2可编程控制器（PLC）327
8.2.1概述327
8.2.2PLC的结构和工作原理331
8.2.3PLC常用编程语言337
8.2.4PLC的应用实例342
8.2.5PLC的网络系统347
本章小结350
第9章控制网络系统及网络控制技术351
9.1集散控制系统352
9.1.1概述352
9.1.2功能分层体系及基本结构354
9.1.3集散控制系统的组态性362
9.2现场总线控制系统366
9.2.1概述367
9.2.2现场总线类型371
9.2.3典型应用系统构成380
9.3以太控制网络系统385
9.3.1控制网络的技术基础387
9.3.2以太控制网络系统的组成及其特点392
9.3.3以太网用于工业现场的关键技术393
9.4控制网络与管理网络集成技术397
9.4.1网络互联技术398
9.4.2动态数据交换技术398
9.4.3远程通信技术399
9.4.4数据库访问技术400
9.5网络控制系统及其时间同步401
9.5.1网络控制系统定义及存在问题401
9.5.2传输延迟的分析402
9.5.3网络控制的时钟同步403
9.6闭环网络控制系统分析405
9.6.1基于事件驱动的稳定性分析406
9.6.2基于时间驱动的稳定性分析408
9.7闭环网络控制系统的控制器设计方法410
9.7.1确定性控制设计方法410
9.7.2存在问题412
本章小结413
第10章计算机控制系统设计与应用实例414
10.1双摆实验系统的计算机控制设计与实现414
10.1.1双摆实验控制系统介绍415
10.1.2双摆控制系统的整体方案416
10.1.3双摆系统数学建模417
10.1.4系统控制器设计420
10.1.5软件设计423
10.1.6闭环控制实验结果423
10.2转台计算机伺服控制系统设计426
10.2.1转台系统介绍427
10.2.2三轴测试转台的总体控制结构428
10.2.3转台单框的数学模型429
10.2.4转台单框控制回路设计429
10.2.5控制系统软件设计432
10.2.6控制律及仿真结构434
10.2.7实际控制效果434
10.3民用机场供油集散系统435
10.3.1民用机场供油系统工艺简介435
10.3.2机场供油系统的总体结构436
10.3.3网络设计438
10.3.4功能设计438
10.3.5硬件设计439
10.3.6软件设计440
10.3.7实际应用441
本章小结444
附录Az变换表445
附录B习题448
参考文献479
