目錄
第1章 緒論 1
1.1自動控制系統(tǒng)概述 1
1.2計算機控制系統(tǒng)的組成和基本原理 2
1.3常用計算機控制系統(tǒng)主機 4
1.3.1 工控機 4
1.3.2可編程邏輯控制器 5
1.3.3 單片機 5
1.3.4數(shù)字信號處理器 6
1.3.5 ARM處理器 7
1.4計算機控制系統(tǒng)的特點 7
1.5典型計算機控制系統(tǒng) 8
1.6計算機控制系統(tǒng)分類 9
1.6.1按功能和結(jié)構(gòu)特點分類 9
1.6.2按控制規(guī)律分類 12
1.7計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 13
習題 14
第2章計算機輸入/輸出接口與過程通道 15
2.1總線技術(shù) 15
2.1.1總線的基本概念及特點 15
2.1.2總線的分類 16
2.1.3總線標準 17
2.1.4常用外部總線 18
2.2數(shù)字量輸入通道 18
2.3數(shù)字量輸出通道 20
2.4模擬量輸入通道 22
2.4.1傳感器及其測量線路 22
2.4.2信號調(diào)節(jié)放大電路 30
2.4.3數(shù)據(jù)采集與處理方法 35
2.4.4 A/D轉(zhuǎn)換器 38
2.5模擬量輸出通道 43
2.5.1 D/A轉(zhuǎn)換器的工作原理 44
2.5.2 D/A轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標 45
2.5.3 DAC0832 46習題 50
第3章計算機控制系統(tǒng)的數(shù)學描述 51
3.1信號的類型與采樣的形式 51
3.1.1信號的類型 51
3.1.2采樣的形式 52
3.2信號的采樣與重構(gòu) 52
3.2.1采樣過程及采樣定理 52
3.2.2連續(xù)信號的重構(gòu) 58
3.3 z變換與 z逆變換 61
3.3.1脈沖響應和卷積和 61
3.3.2 z變換 62
3.3.3 z逆變換 65
3.4 z差分方程與離散傳遞函數(shù) 66
3.4.1線性差分方程 66
3.4.2脈沖傳遞函數(shù) (z傳遞函數(shù) ) 68
3.5計算機控制系統(tǒng)的離散化模型 69
3.5.1連續(xù)對象的 ZOH離散化 69
3.5.2具有連續(xù)時滯對象的改進 z變換 71
習題 72
第4章計算機控制系統(tǒng)的特性分析 73
4.1計算機控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性 73
4.1.1穩(wěn)定性條件及穩(wěn)定性判據(jù) 73
4.1.2采樣周期對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響 80
4.2計算機控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能 81
4.2.1穩(wěn)態(tài)誤差的定義 81
4.2.2典型輸入信號下的穩(wěn)態(tài)誤差分析 82
4.2.3采樣周期對穩(wěn)態(tài)性能的影響 85
4.3計算機控制系統(tǒng)的動態(tài)特性 88
4.3.1零極點分布與系統(tǒng)的動態(tài)響應 88
4.3.2系統(tǒng)的動態(tài)性能指標 90
4.3.3采樣周期對系統(tǒng)動態(tài)特性的影響 93
習題 94
第5章計算機控制系統(tǒng)的頻率響應 95
5.1基于時間域提升技術(shù)的頻率響應計算 95
5.2基于頻域提升技術(shù)的頻率響應計算 96
5.3計算機控制系統(tǒng)頻率響應的直接計算 98
5.4典型應用Ⅰ——球 -桿系統(tǒng) 103
5.5典型應用Ⅱ——時滯不確定采樣系統(tǒng) 108
5.5.1時滯不確定系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 109
5.5.2 算例 111
5.6典型應用Ⅲ——力覺接口的無源性設計 114
5.6.1無源性及無源性條件 115
5.6.2系統(tǒng)設計 118
習題 120
第6章計算機控制系統(tǒng)的連續(xù)化設計 121
6.1數(shù)字控制器的連續(xù)化設計 121
6.1.1設計原理和步驟 121
6.1.2連續(xù)控制器的離散化方法 121
6.2 數(shù)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 數(shù)字 PID算法的改進 127
6.3 數(shù)字 PID控制器的參數(shù)整定 129
習題 131
第7章計算機控制系統(tǒng)的魯棒穩(wěn)定性分析 133
7.1不確定性及小增益定理 133
7.1.1對象的不確定性 133
7.1.2不確定性和魯棒性 136
7.1.3范數(shù)有界不確定性 136
7.1.4小增益定理 137
7.2魯棒穩(wěn)定性分析的新方法 138
習題 142
第8章 計算機控制系統(tǒng)的離散化設計 143
8.1 概述 143
8.2最少拍控制器設計 144
8.2.1典型輸入下的最少拍控制器設計 144
8.2.2最少拍有紋波控制器設計 147
8.2.3最少拍無紋波控制器設計 148
8.3具有純滯后對象的控制系統(tǒng)設計 149
8.3.1史密斯預估器 149
8.3.2達林算法 151
8.4串級控制 151
8.4.1串級控制的結(jié)構(gòu)和原理 151
8.4.2數(shù)字串級控制算法 152
8.5 前饋 -反饋控制 153
8.5.1 前饋 -反饋控制的結(jié)構(gòu)和原理 153
8.5.2數(shù)字前饋 -反饋控制算法 153
8.6解耦控制 154
8.6.1解耦控制原理 154
·vi·計算機控制系統(tǒng)
8.6.2多變量解耦控制方法 155習題 157
第9章 計算機控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間法設計 159
9.1系統(tǒng)的離散狀態(tài)空間描述 159
9.1.1連續(xù)狀態(tài)方程的離散化 159
9.1.2矩陣指數(shù)及其積分的計算 160
9.1.3 z傳遞函數(shù)矩陣 161
9.2能控性與能觀測性 162
9.3狀態(tài)反饋控制律的極點配置設計 163
9.4狀態(tài)觀測器設計 163
9.4.1全狀態(tài)觀測器 163
9.4.2降階觀測器 164
9.5具有狀態(tài)觀測器的狀態(tài)反饋控制律設計 165
9.6線性二次型最優(yōu)調(diào)節(jié)器設計 166
9.6.1有限時間最優(yōu)調(diào)節(jié)器設計 166
9.6.2無限時間最優(yōu)調(diào)節(jié)器設計 168
9.7最優(yōu)狀態(tài)估計——離散卡爾曼濾波器 169
習題 171
第10章 計算機控制系統(tǒng)的工程設計及應用 172
10.1系統(tǒng)的設計原則與步驟 172
10.1.1設計原則 172
10.1.2設計步驟 173
10.2計算機控制系統(tǒng)的可靠性技術(shù) 174
10.2.1控制系統(tǒng)的抗干擾設計 174
10.2.2系統(tǒng)的軟件可靠性設計 175
10.3計算機控制系統(tǒng)的工程設計與實現(xiàn) 175
10.4計算機溫度控制系統(tǒng)設計舉例 177
習題 182
第11章 一階機械臂位置控制系統(tǒng)設計 183
11.1直流電動機帶動機械臂系統(tǒng)建模 183
11.1.1直流電機的機械特性 183
11.1.2方案選擇 183
11.1.3數(shù)學建模 184
11.2控制系統(tǒng)總體設計 185
11.2.1原理框圖 185
11.2.2主要部分分析 186
11.3控制系統(tǒng)硬件設計 188
11.3.1硬件資源分配 188
11.3.2各部分硬件設計 188
11.4控制系統(tǒng)軟件程序設計 191
習題 192
第12章 基于視覺反饋的無人艇目標跟蹤系統(tǒng)設計 193
12.1系統(tǒng)總體方案設計 193
12.1.1總體方案 193
12.1.2圖像采集與處理部分 193
12.1.3無人艇運動控制系統(tǒng) 195
12.2目標跟蹤算法 197
12.2.1 CamShift算法 197
12.2.2 CamShift算法驗證 198
12.3無人艇控制模型建立及控制算法實現(xiàn) 199
12.3.1無人艇的運動方程 199
12.3.2無人艇的控制方案 199
習題 200
第13章 基于前饋解耦的船舶縱向的減搖控制系統(tǒng)設計 201
13.1減搖工作原理 201
13.2控制系統(tǒng)總體設計 203
13.2.1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 203
13.2.2三體船解耦 PID運動控制策略 203
13.2.3計算控制實現(xiàn) 206
13.3控制系統(tǒng)硬件設計 207
習題 208
參考文獻 209