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第1章 绪论 1

1.1计算机控制系统的一般概念 1

1.2计算机控制系统的组成 3

1.2.1被控对象 3

1.2.2执行器 5

1.2.3测量环节 5

1.2.4数字调节器与输入、输出接口 6

1.3计算机控制系统的分类 8

1.3.1数据采集与处理系统 8

1.3.2直接数字控制 9

1.3.3集散控制系统 10

1.3.4多级递阶控制系统 11

1.4计算机控制的研究范围和发展趋势 12

习题 12

第2章 控制计算机的结构和通道接口 13

2.1控制计算机的结构及特点 13

2.1.1控制计算机结构 13

2.1.2控制计算机总线 15

2.1.3控制计算机的特点 19

2.2接口和通道技术 19

2.2.1计算机对外围通道的控制 20

2.2.2模拟量的输入输出通道 26

2.2.3数字量的输入输出通道 31

2.2.4 A／D、D／A转换器及其接口技术 34

2.2.5抗干扰技术 40

习题 49

第3章 采样与z变换定理 50

3.1采样过程与采样定理 50

3.1.1采样过程 50

3.1.2采样定理及其分析 52

3.1.3采样保持结构 56

3.1.4采样频率的选取 62

3.2 z变换的定义、性质和定理 64

3.2.1 z变换的定义 64

3.2.2 z变换的性质和定理 72

3.3 z反变换 87

3.4用z变换求解差分方程 93

习题 95

第4章 线性离散系统的描述与分析 98

4.1线性离散系统的差分方程描述 98

4.2 z传递函数 100

4.2.1 z传递函数的定义 100

4.2.2由系统的差分方程求其z传递函数 101

4.2.3一般环节的z传递函数的计算 102

4.3离散状态空间表达式 112

4.3.1状态变量与状态空间表达式 112

4.3.2由差分方程求离散状态空间表达式 114

4.3.3由z传递函数求离散状态空间表达式 118

4.3.4线性离散系统的z传递矩阵 126

4.3.5线性离散系统的z特征方程 127

4.3.6关于状态实现的进一步讨论 128

4.3.7计算机控制系统的离散状态空间表达式 129

4.3.8线性离散状态方程的求解 133

4.4线性离散系统的稳定性分析 136

4.4.1离散系统稳定性条件 136

4.4.2s平面与z平面的映射关系 138

4.4.3线性离散系统的稳定性判据 139

4.5离散系统的误差分析 156

4.5.1对参考输入的静态系统误差 156

4.5.2离散系统的静态误差与对应的连续系统的关系 159

4.5.3离散系统误差级数和对应的动态误差系数 161

4.5.4对于干扰输入的静态系统误差 162

习题 163

第5章 计算机控制系统的模拟化设计法 168

5.1模拟化设计与离散化设计 168

5.2模拟控制器的近似离散化 170

5.2.1基于脉冲响应的方法 170

5.2.2基于变量代换的方法 172

5.2.3设计举例 178

5.3数字PID控制器的设计 182

5.3.1数字PID控制器 182

5.3.2数字PID控制的改进算法 184

5.3.3数字PID控制器参数的选择 188

5.4纯时延系统的计算机控制 192

5.4.1大林控制器 193

5.4.2 Smith控制器 195

习题 200

第6章 计算机控制系统的离散化设计法 202

6.1离散化设计的基本步骤 202

6.2最小拍控制系统的设计 203

6.2.1最小拍系统设计准则 203

6.2.2最小拍有纹波系统φ（z）的确定方法 204

6.2.3最小拍有纹波系统响应特性 211

6.3最小拍无纹波系统的设计 214

6.3.1最小拍无纹波系统的必要条件 214

6.3.2最小拍无纹波系统φ（z）的确定方法 214

6.3.3最小拍无纹波系统的响应特性 217

6.4改进的最小拍设计 219

6.4.1数字控制器的切换设计 219

6.4.2折中设计法 220

6.4.3最小均方误差设计 221

6.5具有干扰的最小拍系统设计 223

6.5.1最小拍系统对干扰的抑制性 224

6.5.2复合控制系统设计 226

6.6极点配置设计 228

6.6.1简单反馈控制系统的极点配置设计 228

6.6.2前馈、反馈结构的极点配置设计 231

6.7输出最小方差控制系统设计 235

6.7.1设计问题的描述 236

6.7.2输出最小方差控制 237

6.7.3对象具有单位圆外零点的最小方差控制 239

6.8伯德图与根轨迹设计法 242

6.8.1数字控制器的伯德图设计法 242

6.8.2数字控制器的根轨迹设计法 246

习题 249

第7章 计算机控制系统的状态空间设计法 253

7.1输出反馈设计法 253

7.1.1连续状态方程的离散化 254

7.1.2最小拍系统的跟踪条件 254

7.1.3输出反馈法的设计步骤 255

7.2基于状态空间的极点配置设计 260

7.2.1状态反馈极点配置设计 260

7.2.2按极点配置设计状态观测器 268

7.2.3用观测状态反馈的控制器设计 273

7.3基于状态空间的最优化设计 277

7.3.1 LQ最优控制设计 277

7.3.2状态最优估计器设计 283

7.3.3 LQG最优控制器设计 289

习题 291

第8章 计算机复杂控制系统的设计 294

8.1串级控制系统 294

8.1.1串级控制系统的组成和工作原理 294

8.1.2串级控制系统的功能和特点 296

8.1.3串级控制系统的应用范围 300

8.1.4串级控制的设计和实施中的一些问题 301

8.1.5计算机串级控制系统 302

8.1.6串级控制系统的设计原则 305

8.1.7多回路串级控制系统 305

8.2前馈控制系统 306

8.2.1前馈控制的原理 306

8.2.2前馈控制系统设计中的若干问题 312

8.2.3计算机前馈控制系统 314

8.2.4前馈控制系统设计原则 316

8.2.5前馈调节器参数的整定 316

8.3解耦控制 319

8.3.1解耦控制原理 319

8.3.2解耦控制系统的设计 320

8.3.3计算机解耦控制 324

8.4比值控制和分程控制 328

8.4.1比值控制系统 328

8.4.2分程控制系统 331

8.5均匀控制和选择性控制 333

8.5.1均匀控制 333

8.5.2选择性控制 335

8.6模糊控制 337

8.6.1模糊控制的数学基础 337

8.6.2模糊控制基本原理 340

8.6.3模糊控制器的设计 345

习题 347

第9章 计算机分布式控制系统简介 349

9.1DCS的结构与组成 349

9.2DCS的操作站和工程师站 351

9.2.1操作站 351

9.2.2工程师站 351

9.3 DCS的控制站和监视站 354

9.3.1参数控制 354

9.3.2状态控制 356

9.3.3数据监测 356

9.4 DCS的数据通信 358

9.4.1数据通信网络的拓扑结构 358

9.4.2数据通信网络的控制 359

9.4.3数据通信网络的组成 360

9.4.4局域网络通信协议 361

9.5 DCS面临的挑战及发展方向 365

习题 366

第10章 计算机控制系统的应用举例 368

10.1控制对象1：齐鑫实验装置 368

10.1.1控制系统外观图 368

10.1.2控制软件介绍 369

10.1.3带冷水夹套热水锅炉的温度控制 374

10.1.4入水点压力控制 375

10.1.5基于Laguerre函数的协调优化过程控制系统介绍 377

10.2控制对象2：半导体高温扩散炉温度控制 382

10.2.1扩散炉及其计算机控制简介 382

10.2.2基于Laguerre函数的扩散炉温度控制 383

10.3控制对象3：有机玻璃双容水箱 385

10.3.1双容水箱的结构及使用 385

10.3.2双容水箱计算机控制系统软件介绍 386

10.3.3水箱级联单输入单输出液位控制 388

10.3.4水箱双输入双输出液位控制 389

参考文献 391