计算机控制系统(第2版)
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天津西青
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作者刘彦文 等 编
出版社科学出版社
ISBN9787030771346
出版时间2023-11
装帧平装
开本16开
定价59元
货号1203140460
上书时间2024-10-23
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目录
第1章 绪论 1
1.1自动控制系统概述 1
1.2计算机控制系统的组成和基本原理 2
1.3常用计算机控制系统主机 4
1.3.1 工控机 4
1.3.2可编程逻辑控制器 5
1.3.3 单片机 5
1.3.4数字信号处理器 6
1.3.5 ARM处理器 7
1.4计算机控制系统的特点 7
1.5典型计算机控制系统 8
1.6计算机控制系统分类 9
1.6.1按功能和结构特点分类 9
1.6.2按控制规律分类 12
1.7计算机控制系统的发展趋势 13
习题 14
第2章计算机输入/输出接口与过程通道 15
2.1总线技术 15
2.1.1总线的基本概念及特点 15
2.1.2总线的分类 16
2.1.3总线标准 17
2.1.4常用外部总线 18
2.2数字量输入通道 18
2.3数字量输出通道 20
2.4模拟量输入通道 22
2.4.1传感器及其测量线路 22
2.4.2信号调节放大电路 30
2.4.3数据采集与处理方法 35
2.4.4 A/D转换器 38
2.5模拟量输出通道 43
2.5.1 D/A转换器的工作原理 44
2.5.2 D/A转换器的技术指标 45
2.5.3 DAC0832 46习题 50
第3章计算机控制系统的数学描述 51
3.1信号的类型与采样的形式 51
3.1.1信号的类型 51
3.1.2采样的形式 52
3.2信号的采样与重构 52
3.2.1采样过程及采样定理 52
3.2.2连续信号的重构 58
3.3 z变换与 z逆变换 61
3.3.1脉冲响应和卷积和 61
3.3.2 z变换 62
3.3.3 z逆变换 65
3.4 z差分方程与离散传递函数 66
3.4.1线性差分方程 66
3.4.2脉冲传递函数 (z传递函数 ) 68
3.5计算机控制系统的离散化模型 69
3.5.1连续对象的 ZOH离散化 69
3.5.2具有连续时滞对象的改进 z变换 71
习题 72
第4章计算机控制系统的特性分析 73
4.1计算机控制系统的稳定性 73
4.1.1稳定性条件及稳定性判据 73
4.1.2采样周期对系统稳定性的影响 80
4.2计算机控制系统的稳态性能 81
4.2.1稳态误差的定义 81
4.2.2典型输入信号下的稳态误差分析 82
4.2.3采样周期对稳态性能的影响 85
4.3计算机控制系统的动态特性 88
4.3.1零极点分布与系统的动态响应 88
4.3.2系统的动态性能指标 90
4.3.3采样周期对系统动态特性的影响 93
习题 94
第5章计算机控制系统的频率响应 95
5.1基于时间域提升技术的频率响应计算 95
5.2基于频域提升技术的频率响应计算 96
5.3计算机控制系统频率响应的直接计算 98
5.4典型应用Ⅰ——球 -杆系统 103
5.5典型应用Ⅱ——时滞不确定采样系统 108
5.5.1时滞不确定系统的稳定性分析 109
5.5.2 算例 111
5.6典型应用Ⅲ——力觉接口的无源性设计 114
5.6.1无源性及无源性条件 115
5.6.2系统设计 118
习题 120
第6章计算机控制系统的连续化设计 121
6.1数字控制器的连续化设计 121
6.1.1设计原理和步骤 121
6.1.2连续控制器的离散化方法 121
6.2 数字 PID控制算法 125
6.2.1 位置式 PID算法 126
6.2.2 增量式 PID算法 126
6.2.3 数字 PID算法的改进 127
6.3 数字 PID控制器的参数整定 129
习题 131
第7章计算机控制系统的鲁棒稳定性分析 133
7.1不确定性及小增益定理 133
7.1.1对象的不确定性 133
7.1.2不确定性和鲁棒性 136
7.1.3范数有界不确定性 136
7.1.4小增益定理 137
7.2鲁棒稳定性分析的新方法 138
习题 142
第8章 计算机控制系统的离散化设计 143
8.1 概述 143
8.2最少拍控制器设计 144
8.2.1典型输入下的最少拍控制器设计 144
8.2.2最少拍有纹波控制器设计 147
8.2.3最少拍无纹波控制器设计 148
8.3具有纯滞后对象的控制系统设计 149
8.3.1史密斯预估器 149
8.3.2达林算法 151
8.4串级控制 151
8.4.1串级控制的结构和原理 151
8.4.2数字串级控制算法 152
8.5 前馈 -反馈控制 153
8.5.1 前馈 -反馈控制的结构和原理 153
8.5.2数字前馈 -反馈控制算法 153
8.6解耦控制 154
8.6.1解耦控制原理 154
·vi·计算机控制系统
8.6.2多变量解耦控制方法 155习题 157
第9章 计算机控制系统的状态空间法设计 159
9.1系统的离散状态空间描述 159
9.1.1连续状态方程的离散化 159
9.1.2矩阵指数及其积分的计算 160
9.1.3 z传递函数矩阵 161
9.2能控性与能观测性 162
9.3状态反馈控制律的极点配置设计 163
9.4状态观测器设计 163
9.4.1全状态观测器 163
9.4.2降阶观测器 164
9.5具有状态观测器的状态反馈控制律设计 165
9.6线性二次型很优调节器设计 166
9.6.1有限时间很优调节器设计 166
9.6.2无限时间很优调节器设计 168
9.7很优状态估计——离散卡尔曼滤波器 169
习题 171
第10章 计算机控制系统的工程设计及应用 172
10.1系统的设计原则与步骤 172
10.1.1设计原则 172
10.1.2设计步骤 173
10.2计算机控制系统的可靠性技术 174
10.2.1控制系统的抗干扰设计 174
10.2.2系统的软件可靠性设计 175
10.3计算机控制系统的工程设计与实现 175
10.4计算机温度控制系统设计举例 177
习题 182
第11章 一阶机械臂位置控制系统设计 183
11.1直流电动机带动机械臂系统建模 183
11.1.1直流电机的机械特性 183
11.1.2方案选择 183
11.1.3数学建模 184
11.2控制系统总体设计 185
11.2.1原理框图 185
11.2.2主要部分分析 186
11.3控制系统硬件设计 188
11.3.1硬件资源分配 188
11.3.2各部分硬件设计 188
11.4控制系统软件程序设计 191
习题 192
第12章 基于视觉反馈的无人艇目标跟踪系统设计 193
12.1系统总体方案设计 193
12.1.1总体方案 193
12.1.2图像采集与处理部分 193
12.1.3无人艇运动控制系统 195
12.2目标跟踪算法 197
12.2.1 CamShift算法 197
12.2.2 CamShift算法验证 198
12.3无人艇控制模型建立及控制算法实现 199
12.3.1无人艇的运动方程 199
12.3.2无人艇的控制方案 199
习题 200
第13章 基于前馈解耦的船舶纵向的减摇控制系统设计 201
13.1减摇工作原理 201
13.2控制系统总体设计 203
13.2.1控制系统结构 203
13.2.2三体船解耦 PID运动控制策略 203
13.2.3计算控制实现 206
13.3控制系统硬件设计 207
习题 208
参考文献 209
内容摘要
本书系统地介绍了计算机控制系统的基础知识、设计方法和典型应用。全书共13章：第1章主要介绍计算机控制系统的组成、分类及发展趋势；第2章介绍计算机输入/输出接口与过程通道；第3章介绍计算机控制系统的数学描述；第4~9章分别介绍计算机控制系统的特性分析、频率响应、鲁棒稳定性分析方法及各种经典设计方法，并结合具体实例进行应用；第10章通过一个具体例子介绍计算机控制系统的设计步骤和设计过程；第11~13章将科研项目和实验应用融入教学，分别给出了计算机控制系统的三个具体应用实例的软硬件设计和实现过程。本书注重理论联系实际，综合了作者多年的研究成果，其内容为实际系统的工程设计提供了可以参照的样板，也为理论工作者提供了大量的应用实例。本书可作为高等学校自动化及相关专业的本科生和研究生教材，也可作为相关企业的培训教材，还可为相关专业的工程设计人员提供参考。
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