计算机控制系统基础

　　以计算机控制系统为主，深入浅出地论述了计算机控制系统的理论和应用。包括：作为学习离散系统的前提条件，概括地介绍了连续控制系统；将连续和离散PID控制及其变型结构PDF和PDFF控制单独列为一章，进行了系统分析，深入地阐述了这类控制器的结构、算法和参数整定；还从应用的角度，介绍了可编程序控制器（简称PC）。每章都附有习题，书后附有绝大部分习题的参考答案。本书可作为非自动控制专业大学本科生的教材；删去带*号的部分，可作为计算机、电子工程、通信工程和机械学科机电控制与自动化等专业大专学生使用的教材；就本书的深度和广度，也适合于作为成人教育工科专业学生的教材；还可供有关教师和工程技术人员参考。

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第1章 引 论
 1.1 计算机控制系统的基本概念(1)
 1.1.1 计算机控制系统(1)
 1.1.2 控制系统的分类(1)
 1.1.3 计算机控制系统的分类(7)
 1.1.4 计算机控制系统实现中的实际问题(11)
 1.2 计算机控制系统的研究内容和对系统的基本要求
 1.2.1 计算机控制系统的研究内容(15)
 1.2.2 对计算机控制系统的基本要求(16)
 1.3 历史回顾(16)
 1.4 计算机集成制造系统(20)
 习 题(21)

第2章 连续控制系统
 2.1 引 言(22)
 2.1.1 单输入单输出控制系统(22)
 2.1.2 常用输入信号(23)
 2.2 拉普拉斯变换(28)
 2.2.1 拉普拉斯变换的定义(28)
 2.2.2 拉普拉斯变换定理(30)
 2.2.3 拉普拉斯反变换(36)
 2.2.4 用拉普拉斯变换法解线性常系数微分方程(45)
 2.3 物理系统的数学模型(46)
 2.3.1 线性元件的微分方程(47)
 2.3.2 随动系统的微分方程(51)
 2.4 传递函数和方框图(53)
 2.4.1 传递函数和微分方程(53)
 2.4.2 电子网络的传递函数(54)
 2.4.3 简单方框图的传递函数(55)
 2.4.4 方框图简化(59)
 2.5 传递函数和信号流图(64)
 2.5.1 信号流图定义(64)
 2.5.2 梅逊增益公式(65)
 2.6 控制系统的时域分析(69)
 2.6.1 冲击响应和阶跃响应(69)
 2.6.2 时域性能指标(70)
 2.6.3 一阶系统的动态响应(72)
 2.6.4 二阶系统的动态响应(74)
 2.6.5 高阶系统分析(83)
 2.6.6 稳态误差分析(85)
 2.6.7 用MATLAB绘制单位阶跃响应和冲击响应曲线
 2.6.8 稳定性分析(94)
 2.7 根轨迹(101)
 2.7.1 根轨迹法(101)
 2.7.2 根轨迹图的绘制(103)
 2.7.3 用MATLAB绘制根轨迹图(106)
 2.8 频率响应的概念(111)
 2.8.1 频率响应法(112)
 2.8.2 频率特性的图形表示(114)
 2.8.3 典型环节的频率特性(116)
 2.8.4 频域性能指标(122)
 2.8.5 开环传递函数的频率特性(124)
 2.8.6 时域和频域响应之间的关系(132)
 2.8.7 用MATLAB进行频域分析(134)
 * 2.9 复合控制系统(141)
 2.9.1 对输入前馈补偿的复合控制系统(141)
 2.9.2 对扰动前馈补偿的复合控制系统(142)
 2.10 控制系统设计(143)
 2.10.1 校正装置的结构(143)
 2.10.2 校正装置的特性(144)
 2.10.3 根轨迹校正(151)
 2.10.4 频率校正(156)
习 题(164)

第3章 离散时间系统
 3.1 引 言(170)
 3.2 差分方程(173)
 3.3 采样定理(174)
 3.3.1 采样过程及采样信号的频谱(174)
 3.3.2 香农采样定理(178)
 3.3.3 零阶保持器(178)
 3.4 z变换(181)
 3.4.1 z变换定义(181)
 3.4.2 z变换定理(182)
 3.4.3 z反变换(187)
 3.4.4 用z变换求解差分方程(190)
 3.5 离散系统的传递函数和方框图(191)
 3.5.1 离散传递函数与差分方程(191)
 3.5.2 开环Z传递函数(194)
 3.5.3 闭环Z传递函数(197)
 3.5.4 离散系统的稳态误差(205)
 3.6 离散系统的极点、零点和稳定性(207)
 3.6.1 离散系统的极点与零点(207)
 3.6.2 S平面到Z平面的映射(208)
 3.6.3 离散系统的稳定性(209)
 3.6.4 双线性变换(212)
 3.6.5 劳斯稳定性判据(213)
 3.6.6 朱利稳定性判据(215)
 3.7 离散系统的根轨迹(219)
 3.7.1 根轨迹图(219)
 3.7.2 Z平面上的等阻尼比线(221)
 3.8 离散系统的频率响应(222)
 3.8.1 对数频率特性(223)
 3.8.2 极坐标频率特性(224)
 3.8.3 用MATLAB绘制离散系统的频率特性曲线
 习 题

第4章 数字滤波器的基本原理与设计
 4.1 引 言(233)
 4.2 数字滤波器原理(233)
 4.3 模拟滤波器(235)
 4.3.1 巴特沃斯滤波器(236)
 4.3.2 二项式滤波器(238)
 4.3.3 ITAE和贝塞尔滤波器(238)
 4.3.4 其它类型的模拟滤波器(239)
 4.4 IIR数字滤波器的设计(240)
 4.4.1 冲击不变性方法(240)
 4.4.2 阶跃不变性方法(241)
 4.4.3 极零点匹配法(242)
 4.4.4 双线性变换法(243)
 习 题(246)

第5章 计算机控制系统设计
 5.1 引 言(247)
 5.1.1 计算机控制系统连续化设计方法(247)
 5.1.2 计算机控制系统离散化设计方法(251)
 5.2 有限拍控制(252)
 5.2.1 有限拍控制系统设计(252)
 5.2.2 有限拍无纹波控制系统(264)
 5.2.3 有限拍设计的改进(266)
 *5.3 根轨迹法(269)
 5.4 双线性变换法(272)
 *5.5 参数优化法(276)
 *5.6 带纯滞后被控对象的控制系统设计(276)
 5.6.1 大林算法(277)
 5.6.2 史密斯预报器(282)
 习 题(284)

第6章 PID控制
 6.1 引 言(286)
 6.2 模拟和数字PID算法(289)
 6.2.1 模拟PID算法(289)
 6.2.2 数字PID算法(290)
 6.3 数字PID的改进算法(293)
 6.3.1 积分分离PID控制算法(293)
 6.3.2 不完全微分PID控制算法(293)
 6.3.3 带死区的PID控制算法(296)
 6.4 模拟和数字PID参数整定(297)
 6.4.1 模拟PID参数整定(297)
 6.4.2 数字PID参数整定(303)
 6.4.3 PID控制的自整定方法(305)
 6.5 模拟和数字PDF与PDFF算法(305)
 6.5.1 PDF算法(305)
 6.5.2 PDFF算法(306)
 6.5.3 PID，PDF和PDFF控制系统(309)
 6.6 PDF和PDFF参数整定(313)
 6.6.1 用标准滤波器进行参数整定(313)
 6.6.2 被控对象为单积分(314)
 6.6.3 被控对象为双积分(316)
 习 题(317)

第7章 可编程序控制器
 7.1 引 言(318)
 7.2 可编程序控制器的组成和工作原理(319)
 7.2.1 可编程序控制器的组成(319)
 7.2.2 可编程序控制器的工作原理(320)
 7.3 可编程序控制器的编程方式(320)
 7.3.1 可编程序控制器的编程语言(320)
 7.3.2 可编程序控制器的指令及编程方法(322)
 7.4 可编程序控制器通信与网络功能(333)
 7.4.1 可编程序控制器与计算机构成控制系统
 7.4.2 可编程序控制器网络(333)
 7.4.3 制造自动化协议(334)
 习 题(334)

附录 部分习题参考答案（336）

参考文献（341）