计算机控制系统

　　《计算机控制系统》是作者在《计算机控制系统分析与设计》的基础上，综合了近年来在清华大学计算机科学与技术系从事教学和科研方面的先进技术和经验，吸收了国内、国外的先进理论、方法和技术，反复修改、总结和编著而定稿的。《计算机控制系统分析与设计》出版后，被许多兄弟院校选作大学或研究生的教材或教学参考书，也被广大科技工作者选作科技参考书。该书曾获电子工业部第二届全国优秀教材二等奖。《计算机控制系统》除了保持《计算机控制系统分析与设计》的特点和优点外，增加了当前使用十分广泛、效果卓著的“模糊控制”（第6章），包含有大量工程实用技术的“计算机控制系统的设计与实现”（第10章），此外，对书中许多章节的内容作了修改、充实和提高。在各章末都附加了练习题。本书阐述了计算机控制的基本概念，总结了计算机控制系统的分析方法和具有实用价值的设计方法，介绍了有发展前途的集散型控制系统，简要介绍了计算机控制系统的设计和实现，形成了一套比较完整、比较充实、比较实用的计算机控制系统分析和设计的基本体系。本书在编写过程中力求做到：比较全面、系统地总结计算机控制系统的几种基本的分析方法和设计方法，并对一些设计方法提出了改进措施；注重保持技术和方法的先进性，书中介绍了一些新型的控制方法、手段及其应用；注重理论联系实际，重视解决工程实际中出现的问题；尽量做到重点突出，层次分明，条理清晰。书中列举了大量例子、附图和表格，以利于掌握、理解和自学。本书可以作为计算机应用、自动控制及工业自动化专业高年级大学生和研究生的教材或教学参考书，也可作为广大科研和工程技术人员的参考书。

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     目录
   前言
   第1章 计算机控制概论
    1.1典型的计算机控制系统
    1.2计算机控制系统的分类
    1.3计算机控制系统的结构和组成
    1.3.1控制对象
    1.3.2执行器
    1.3.3测量环节
    1.3.4数字调节器及输入、输出通道
    1.4计算机控制系统的性能及其指标
    1.4.1计算机控制系统的稳定性
    1.4.2计算机控制系统的能控性和能观测性
    1.4.3动态指标
    1.4.4稳态指标
    1.4.5综合指标
    1.5对象特性对控制性能的影响
    1.5.1对象放大系数对控制性能的影响
    1.5.2对象的惯性时间常数对控制性能的影响
    1.5.3对象的纯滞后时间对控制性能的影响
    1.6计算机控制研究的课题
    1.7计算机控制的发展方向
    1.8计算机控制的发展前景
    1.9练习题
   第2章 线性离散系统的Z变换分析法
    2.1概述
    2.1.1线性离散系统的数学描述和分析方法
    2.1.2差分方程的解法
    2.2Z变换
    2.2.1Z变换的定义
    2.2.2Z变换的性质和定理
    2.3Z反变换
    2.3.1部分分式法
    2.3.2长除法
    2.3.3留数计算法
    2.4用Z变换求解差分方程
    2.5Z传递函数
    2.5.1Z传递函数的定义
    2.5.2连续环节（或系统）的离散化
    2.5.3Z传递函数的性质
    2.5.4用传递函数来分析离散系统的过渡过程特性
    2.5.5用Z传递函数来分析离散系统的误差特性
    2.6线性离散系统的稳定性分析
    2.6.1S平面与Z平面的映射关系
    2.6.2线性离散系统的稳定域
    2.6.3线性离散系统的稳定判据
    2.7线性离散系统的性能分析
    2.8线性离散系统的根轨迹分析法
    2.8.1根轨迹分析法
    2.8.2开环零点、极点的分布对根轨迹的影响
    2.8.3Z平面上的等阻尼比线及其应用
    2.9线性离散系统的频率特性分析法
    2.9.1极坐标法
    2.9.2对数频率特性法
    2.10练习题
   第3章 线性离散系统的离散状态空间分析法
    3.1概述
    3.2线性离散系统的离散状态空间表达式
    3.2.1由差分方程导出离散状态空间表达式
    3.2.2由Z传递函数建立离散状态空间表达式
    3.3线性离散系统离散状态方程的求解
    3.4线性离散系统的Z传递矩阵
    3.5线性离散系统的Z特征方程
    3.6计算机控制系统的离散状态空间表达式
    3.7用离散状态空间法分析系统的稳定性
    3.8练习题
   第4章 计算机控制系统的离散化设计
    4.1有限拍设计概述
    4.2有限拍调节器的设计
    4.3采样频率的选择
    4.4有限拍无纹波设计
    4.5有限拍设计的改进
    4.6扰动系统的有限拍设计
    4.7有限拍设计的小结
    4.8W变换设计法
    4.9根轨迹设计法
    4.10练习题
   第5章 计算机控制系统的模拟化设计
    5.1概述
    5.2对数频率特性法校正
    5.3数字PID控制
    5.4数字PID控制的改进
    5.4.1积分分离PID控制算法
    5.4.2不完全微分PID算法
    5.4.3微分先行PID算法
    5.4.4带死区的PID控制
    5.5数字PID调节器参数的整定
    5.5.1PID调节器参数对控制性能的影响
    5.5.2采样周期T的选择
    5.5.3扩充临界比例度法选择PID参数
    5.5.4扩充响应曲线法选择PID参数
    5.5.5PID归一参数的整定法
    5.5.6变参数的PID控制
    5.6数字PID调节器参数的自寻最优控制
    5.6.1性能指标的选择
    5.6.2寻优方法
    5.6.3自寻最优数字调节器的设计
    5.7练习题
   第6章 模糊控制
    6.1概述
    6.2模糊逻辑的基本概念
    6.3模糊逻辑控制器的设计方法
    6.4模糊控制器的动态特性
    6.5用于机械手的混合模糊控制系统
    6.6模糊控制器的优化方法
    6.7基于行为分类的模糊控制器的设计方法
    6.8小结
    6.9练习题
   第7章 离散状态空间设计法
    7.1概述
    7.2离散系统的能控性和能观测性
    7.2.1离散系统的能控性
    7.2.2离散系统的能观测性
    7.3离散状态空间设计法
    7.4最小能量控制系统的设计
    7.5离散二次型指标的最优控制
    7.6离散系统的最大值原理
    7.7离散时间线性调节器
    7.8几个矩阵运算的结果
    7.9练习题
   第8章 复杂规律计算机控制系统的设计
    8.1串级控制
    8.1.1串级控制系统的组成和工作原理
    8.1.2串级控制系统的特点
    8.1.3串级控制系统的应用范围
    8.1.4计算机串级控制系统
    8.1.5串级控制系统的设计原则
    8.1.6串级主控和副控调节器的选择
    8.1.7副控回路微分先行串级控制系统
    8.1.8多回路串级控制系统
    8.2前馈控制
    8.2.1前馈控制的工作原理
    8.2.2前馈控制的类型
    8.2.3计算机前馈控制
    8.2.4多变量前馈控制
    8.2.5前馈控制的设计原则
    8.2.6前馈调节器参数的整定
    8.3纯滞后对象的控制
    8.3.1大林算法
    8.3.2纯滞后补偿控制
    8.4多变量解耦控制
    8.4.1解耦控制原理
    8.4.2多变量解耦控制的综合方法
    8.4.3计算机多变量解耦控制
    8.4.4计算机多变量解耦控制举例
    8.5其它复杂规律控制系统的简介
    8.5.1比值控制
    8.5.2均匀控制
    8.5.3分程控制
    8.5.4自动选择性控制
    8.6练习题
   第9章 集散型控制系统
    9.1概述
    9.1.1典型的集散型控制系统
    9.1.2集散型控制系统的特点
    9.1.3集散型控制系统的发展概况
    9.2典型的集散型控制系统简介
    9.2.1山武－霍尼威尔的TDCS－2000系统
    9.2.2美国贝利控制公司的NETWORK－90
    9.2.3德国西门子公司TELEPERMM集散型控制系统
    9.2.4新型的集散型信息管理控制系统TDCS－3000
    9.3集散型控制系统的可靠性
    9.3.1可靠性指标
    9.3.2加强硬件质量管理提高系统的利用率
    9.3.3由系统的结构提高系统的利用率
    9.3.4系统的利用率
    9.4集散型控制系统数据通信概要
    9.4.1概述
    9.4.2局域网络通信协议简介
    9.4.3工业控制局域网络的选型
    9.5集散型控制系统的应用
    9.5.1TDCS－2000在蒸馏塔最优化系统中的应用
    9.5.2TDCS－2000在钢铁燃烧炉上的应用
    9.5.3TDCS2000用于锅炉控制
    9.6练习题
   第10章 计算机控制系统的设计与实现
    10.1总体设计概述
    10.2体系结构设计、系统总线选择和计算机型选择
    10.3输入、输出通道设计概要
    10.3.1模拟量输入模板THIPC7401
    10.3.2模拟量输出模板THIPC－7410
    10.3.3数字量输入模板TH－IPC7601
    10.3.4数字量输出模板THIPC7600
    10.3.5信号调理模板TH－IPC7431
    10.3.6继电器输出模板THIPC7620
    10.4工业控制机提高可靠性的措施
    10.4.1系统的结构设计
    10.4.2元器件的选择，老化筛选
    10.4.3信号、电源、接地的抗干扰措施
    10.4.4感性负载回路的抗干扰措施
    10.4.5多重化结构技术
    10.4.6信号隔离技术
    10.4.7看门狗（Watchdog）及电源掉电检测技术
    10.4.8软件设计的可靠性措施
    10.5数字调节器的计算机实现
    10.5.1直接实现法
    10.5.2直接实现的正则形式I
    10.5.3直接实现的正则形式Ⅱ
    10.5.4串接实现法
    10.5.5并接实现法
    10.5.6数字调节器实现方法小结
    10.6数学模型的转换
    10.6.1传递函数与Z传递函数间的相互转换
    10.6.2微分方程转换为差分方程——差分变换法
    10.6.3连续与离散状态方程的相互转换
    10.7控制系统的计算机辅助设计、计算和数字仿真
    10.7.1控制系统的计算机辅助设计
    10.7.2计算机的辅助计算
    10.7.3控制系统的数字仿真
    10.8计算机控制程序设计概要
    10.8.1程序设计的功能要求
    10.8.2结构程序设计
    10.9计算机控制系统的设计
    10.9.1农药生产过程的计算机控制
    10.9.2智能移动机器人的设计与实现
    10.10练习题
   附录
   参考文献