微机最优控制应用技术PDF电子书下载

第一章　概述 1

一、最优控制和计算机控制的发展历史 1

二、计算机控制系统的特点 3

三、计算机控制系统的分类 5

四、工业控制机的体系结构 7

第二章　计算机控制系统的基本理论 11

一、离散时间系统和Z变换 11

1、采样过程 11

2、Shannon采样定理 12

3、保持器 14

4、差分方程 15

5、Z变换 16

6、Z变换求介差分方程 20

7、离散系统（采样系统）脉冲传递函数 20

8、离散系统稳定性分析 24

9、离散系统的暂态特性（过渡过程特性） 29

10、离散系统的稳态误差 31

二、离散时间系统的状态空间法 34

1、离散系统的状态空间表达式 34

2、离散时间状态方程的解法 36

第三章　微型机最优控制的基本理论 39

一、线性最优控制理论的基本问题 39

（一）调节器问题 39

1、调节器问题的提出 39

2、品质指标求极值的必要条件和充分条件 40

3、调节器问题的应用技术 42

（二）伺服器问题 46

1、曼利姆Ⅲ参数展开法 47

2、模型—系统法 48

3、最优广义比例—积分—微分（PID）控制器 49

4、其他问题 51

（三）极点配置问题 52

1、极点配置问题的提出与概念 52

2、主导极点配置技术 52

3、二次型最优模型极点配置技术 54

（四）多输入—多输出系统的独立最优参数 60

1、线性定常系统 60

2、线性时变系统 61

（五）线性二次型最优控制的频率域方法 61

1、频域法的理论基础 62

2、向量维纳一霍夫方程及其求介方法 62

3、频率域条件下的两级直接设计方法 64

（六）奇异最优控制问题 65

二、参数最优化技术 67

（一）基本概念 67

（二）求介参数最优化问题的介析方法 68

（三）单参数寻优技术 70

（四）多参数寻优技术 74

三、静态最优控制技术 83

1、静态最优控制的数学表达式 83

2、静态最优控制的算法 83

3、线性规划法 86

4、登山法 96

四、自适应控制技术 98

（一）基于极值原理的系统 99

1、模型参考自适应系统 99

2、无模型的极值搜索系统（又称自整定极值系统） 102

（二）基于统计原理的系统 104

（三）基于动特性适应原理的系统 107

1、卡尔曼（Kalman）系统 108

2、Corbin系统 112

（四）最优自适应控制技术 113

1、辨识子程序 114

2、最优综合子程序 115

3、适应补偿子程序 117

五、控制对象的数学模型 119

（一）数学模型的类型 119

1、静态数学模型 119

2、动态数学模型 119

3、噪声随机数学模型 119

（二）建立数学模型的方法 120

1、介析模型法（或称机理模型法） 120

2、系统辨识法 121

3、对象持性测试法 126

4、噪声随机模型的建立 132

第四章　输入—输出（I/O）过程通道和数字滤波技术 137

一、I/O过程通道（PIO） 137

（一）PIO的基本要求 138

（二）开关量I/O通道 140

1、开关量输入通道 140

2、开关量输出通道 142

（三）脉冲量I/O通道 144

1、脉冲量输入通道 144

2、脉冲量输出通道 145

（四）模拟量输入输出通道 145

1、模拟量输入通道 146

2、模拟量输出通道 174

（五）光电耦合器件 184

1、光电耦合器的特点和性能 184

2、光电耦合器的类型与电气参数 184

3、光电耦合器的输入输出电路 186

二、数字滤波技术 189

1、替换法 189

2、离散模拟法 191

3、根匹配法 191

4、状态变量法 192

三、卡尔曼（Kalman）滤波技术 192

1、最优线性估值问题 193

2、最优线性递推估值方程（卡尔曼滤波器） 195

第五章　微型机最优控制的硬件实现 199

一、通用微型机实现 199

1、System 320高档工业控制机 200

2、Intel 302i AT总线工业控制机 202

3、STD总线工业控制机 202

二、专用微控制器实现 206

1、MPC-20概述 206

2、MPC-20主机系统 209

3、接口模板 209

4、MPC-20编程软件 210

5、目标系统状态及控制 211

三、可编微程序位片机实现 212

（一）可编微程序控制原理 212

1、微程序控制 212

2、可编微程序控制设计 213

3、微程序控制器的速度问题 214

（二）位片式微型机结构 215

1、算术逻辑单元 215

2、微程序控制器 219

（三）可编微程序设计 221

1、确定微指令字格式 221

2、编制微程序 223

3、代真及控制存贮器分片 224

4、微程序设计汇编语言 224

四、单片微型机实现 227

1、MCS-96单片机系列 227

2、高性能80C196单片机 232

3、RISC（精简指令系统）单片机 238

五、单板计算机实现 241

1、iSBC286/10的一般描述 242

2、iSBC286/10的功能说明 243

3、MULTIBUS系统体系结构 245

六、网络结构的实现 247

1、分布式控制的网络结构 248

2、面向工业控制和过程控制的局域网络 248

3、设计实时过程网络的主要因素 249

4、工业控制局域网络标准 251

5、工业过程实时控制计算机网络的实现 253

七、实时信号处理问题 261

第六章　微型机最优控制的软件实现 262

一、实时控制操作系统 263

二、iRMX 86操作系统 264

（一）功能说明 265

1、进程管理 265

2、内存管理 268

3、中断管理 268

4、文件管理 269

5、人机接口 271

（二）特点概述 271

1、执行环境特征 271

2、开发环境特征 276

三、高级实时程序设计语言 278

（一）适用于实时过程的高级语言FORTH 278

1、FORTH语言的基本原理 278

2、FORTH语言的特点 286

3、FORTH语言和其他语言的比较 287

（二）集成式实时高级程序设计语言Ada 289

1、Ada语言的特点 289

2、Ada语言的基本概念 290

（三）实时模块式高级开发语言Turbo Pascal 297

1、Turbo系列软件之特点 297

2、Turbo工具箱 299

（四）专用实时编程语言RPL 300

1、RPL的主要特点 300

2、RPL编程工具 305

四、控制软件（应用软件） 306

（一）ONSPEC控制软件系统 306

1、ONSPEC系统的最小硬件配置 308

2、并发DOS（CDOS） 309

3、ONSPEC数据表 309

4、I/O模板 310

5、ONVIEW分析工具 312

6、实现过程控制策略的控制块 313

（二）黎卡提（Riccatian）方程的计算机求介和编程 315

五、微型机控制软件的其他要求 318

1、微程序设计技术的发展 318

2、设计应用软件的几点意见 318

六、微型机最优控制系统的开发问题 319

1、控制系统的CAD技术 319

2、充分利用开发工具和CASE 319

3、可靠性开发 321

第七章　微型机最优控制的应用实例 322

一、航空航天领域中的应用 322

（一）飞机自动着陆系统拉平轨迹的最优控制 322

（二）工作于稳定性边界域的飞行器自适应自动驾驶仪 334

二、工业生产过程领域中的应用 342

（一）采用现代控制理论的氨合成专用控制装置 343

（二）单晶炉炉温及砷化镓单晶直径的最优控制 346

（三）硅砖隧道窑变坛益自适应控制系统 355

（四）发酵过程的微型机最优控制 359

（五）钢铁工业中的微型机最优控制 360

三、能源控制领域中的应用 363

（一）空调系统的控制 363

（二）太阳热能的利用技术 364

（三）汽车发动机的控制 365

四、机械加工领域中的应用 365

（一）计算机辅助制造（CAM）系统 365

（二）机床的最优控制问题 366

五、在社会、经济及其他领域中的应用 371

（一）分级式智能化城市交通管制系统 371

（二）社会生产力增长模型的最优控制 378

（三）在医疗系统内的应用 378

结束语 379