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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 12

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

1.4.5综合指标 29

1.4.4稳态指标 29

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 31

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 36

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

2.2.1Z变换的定义 41

2.2Z变换 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

2.6.1S平面与Z平面的映射关系 65

2.6线性离散系统的稳定性分析 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

3.2线性离散系统的离散状态空间表达式 90

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

3.2.1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

7.2离散系统的能控性和能观测性 199

7.1概述 199

第7章 离散状态空间设计法 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

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

第8章 复杂规律计算机控制系统的设计 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 234

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 238

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其它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-90 322

9.2.3德国西门子公司TELEPERMM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-3000 338

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 356

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 359

9.5.3TDCS-2000用于锅炉控制 363

9.6练习题 368

10.1总体设计概述 369

第10章 计算机控制系统的设计与实现 369

10.2体系结构设计、系统总线选择和计算机型选择 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-7401 376

10.3.2模拟量输出模板TH-IPC-7410 382

10.3.3数字量输入模板TH-IPC-7601 383

10.3.4数字量输出模板TH-IPC-7600 384

10.3.5信号调理模板TH-IPC-7431 384

10.3.6继电器输出模板TH-IPC-7620 386

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

10.4.5多重化结构技术 390

10.4.4感性负载回路的抗干扰措施 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 399

10.4.8软件设计的可靠性措施 401

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I 407

10.5.3直接实现的正则形式Ⅱ 407

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 424

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 460

附录 462

参考文献 465