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第一章 绪论 1

第一节 概况 1

第二节 计算机控制系统的一般概念 2

第三节 计算机控制系统的分类和发展 4

第四节 计算机控制系统的性能指标 8

小结 10

思考题1 10

第二章 计算机控制系统的构成 11

第一节 采样与复现 12

一、采样与重构 12

二、频混现象和滤波 13

三、复现与零阶保持器 15

四、采样周期T的选择 16

第二节 量化 17

一、量化与量化误差 17

二、编码 18

第三节 数/模（D/A）转换器 20

一、D/A转换器转换原理和基本结构 21

二、主要特性参数 22

三、应用例 22

四、模拟量输出通道的一般结构 25

第四节 模/数（A/D）转换器 27

一、A/D转换原理和基本结构 27

三、采样保持器 30

二、主要特性参数 30

四、应用例 31

五、模拟量输入通道的一般结构和抗干扰措施 36

第五节 并行通用I/O接口 39

一、通用I/O接口的功能 39

二、使用可编程接口器件的几点注意事项 40

三、应用实例 43

第六节 串行通信接口 53

一、串行通信的基本概念 53

二、串行通信接口电路简介 55

三、Intel8251A-PCI串行通信接口器件 56

四、应用例 65

小结 69

思考和练习题2 70

第三章 计算机控制系统模型 74

第一节 脉冲传递函数 74

第二节 系统带零阶保持器的采样 77

一、采样方法 77

二、系统的连续时间状态空间模型采样 80

三、引入虚拟采样开关的方法 81

第三节 具有时延时间系统的采样 82

第四节 s域和x域的映射 85

第五节 系统脉冲传递函数的计算 87

一、并联程序法 91

第六节 数字控制器D（z）的实现 91

二、迭代程序法 93

三、直接程序法 95

四、嵌套程序法 97

第七节 有限字长的影响 101

一、量化误差的统计特性 101

二、量化误差对系统输出的影响 102

三、量化误差对实现数字控制器D（z）的动态影响 103

第八节 扰动和扰动模型 104

一、扰动的类型 105

二、简单扰动及其扰动模型 105

三、随机扰动模型 106

小结 108

思考和练习题3 109

第四章 计算机控制系统的模拟化设计法 111

第一节 模拟调节器的离散化 112

一、常用的模拟调节器离散化方法 112

二、脉冲响应不变法 116

三、零、极点匹配法 118

四、各种离散化方法的比较 119

第二节 模拟调节器的离散等效设计原理 120

第三节 数字PID控制算法 123

一、数字PID控制算法的一般形式 124

二、数字PID算法的饱和效应和改进算法 127

三、其他几种PID改进算法 130

四、数字PID调节器的结构和参数选择 132

五、实现数字PID算法的保证措施 136

第四节 计算机前馈-反馈控制算法 139

一、计算机前馈-反馈控制系统 139

二、计算机前馈-反馈控制算法的步骤 140

三、前馈控制的一般设计原则 141

四、在线参数整定方法 141

第五节 计算机串级控制系统的控制算法 141

第六节 计算机解耦控制算法 144

一、相对增益分析法 144

二、解耦条件与解耦装置 147

三、计算机解耦控制算法步骤 150

小结 151

思考和练习题4 152

第五章 直接数字设计法 153

第一节 最少拍系统的设计 153

一、量少拍设计数字调节器的可实现性与系统稳定性 155

二、最少拍系统的局限性 158

三、最少拍无纹波系统的设计 160

四、非最少有限拍系统的设计 162

第二节 最小均方误差的设计方法 164

第三节 最小能量控制系统的设计 168

一、达林算法的提法与形式 171

第四节 达林算法 171

二、振铃现象及其消除办法 172

小结 175

思考和练习题5 176

第六章 基于状态空间法的极点配置设计法 177

第一节 几个概念与采样周期T的选择 177

一、广义对象的状态空间描述 177

二、几个有用的变换 178

三、采样周期的选择 182

第二节 基于状态反馈实现极点配置的调节器设计方法 184

一、反馈增益矩阵K的选择算法 185

二、无纹波响应设计 188

第三节 状态观测器的极点配置方法 191

一、状态观测器的算法 191

二、状态观测器算法的改进 192

三、观测器状态反馈增益矩阵Ke的确定 194

第四节 伺服系统的设计 199

一、具有状态反馈和积分控制的伺服系统极点配置设计方法 199

二、引入状态观测器对系统输出的影响 202

三、伺服系统的一般设计步骤 203

小结 209

思考和练习题6 210

第七章 基于预测模型的控制方法 212

第一节 内部模型 213

第二节 内模控制系统的结构与性质 216

第三节 内模控制器的设计 219

一、按优化性能指标的控制器设计 219

二、基于参数模型的内模控制器设计 220

第四节 内模控制系统参数的选择 223

一、采样周期T的选择 224

二、输入滤波器Gr（z）的ar参数选择 224

三、可实现因子f（z）的β参数选择 224

四、反馈滤波器Gf（z）的af参数选择 225

第五节 动态矩阵控制算法 227

一、预测模型 227

二、优化性能指标和控制策略 228

三、反馈校正 229

第六节 动态矩阵控制算法的实现及参数选择 231

一、离线准备工作 231

二、DMC算法的计算机实现 232

三、原始设计参数的选择 232

第七节DMC算法的一种实用形式——DMC-PID串级控制 235

小结 237

思考和练习题7 237

第八章 自校正控制系统设计方法 239

第一节 最小二乘参数估计算法 240

一、最小二乘参数估计的算法 240

二、最小二乘参数估计算法的求解 241

三、最小二乘参数估计的递推算法 242

四、初始值选择和计算步骤 243

五、具有指数遗忘的最小二乘递推算法 244

第二节 增广最小二乘估计算法 246

第三节 工程上实用的一种最小二乘估计算法形式 248

一、控制对象或过程的模型描述 248

二、具有指数遗忘的最小二乘递推算法 249

三、在线实现的注意要点 250

第四节 基于最小方差控制的自校正控制器的设计 251

一、最小方差预报率 252

二、最小方差控制律 253

三、自校正调节器的实现 254

第五节 基于广义最小方差控制的自校正控制器的设计 255

一、广义最小方差控制律 256

二、自校正控制器算法 257

第六节 实现自校正控制的几个问题 258

一、问题的提出 259

二、算法选择 260

三、系统分析和n、d、T的确定 260

四、实现自校正控制要解决的问题 261

小结 261

思考和练习题8 262

一、概述 263

二、控制系统的组成 263

第一节 直线电机的数字PID控制 263

第九章 计算机控制系统实例 263

三、直线电机的数字PID控制和参数选择 264

四、直线电机数字PID控制系统软件 266

第二节 啤酒发酵罐的计算机控制系统 267

一、概述 267

二、发酵温度控制方案的确定 268

三、计算机测控管理系统的硬件组成 273

四、计算机测控管理系统的软件设计 277

五、系统的实际运行结果 278

三、辊道窑微机温度控制系统 279

二、单层辊道窑自动控制系统 279

一、概述 279

第三节 辊道窑计算机自动控制系统 279

第四节 炼油厂加氢裂化装置的动态矩阵控制 281

一、工艺过程 281

二、DMC总体结构设计 281

三、预测模型 283

四、滚动优化目标函数 283

五、两种控制模式 283

六、控制效果 283

第五节 催化裂化分馏塔的模型算法控制 284

一、工艺过程分析 284

二、模型算法控制设计 284

三、控制效果 284

参考文献 285