目錄
第1章 緒論 1
1.1自動(dòng)控制系統(tǒng)概述 1
1.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成和基本原理 2
1.3常用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)主機(jī) 4
1.3.1 工控機(jī) 4
1.3.2可編程邏輯控制器 5
1.3.3 單片機(jī) 5
1.3.4數(shù)字信號(hào)處理器 6
1.3.5 ARM處理器 7
1.4計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn) 7
1.5典型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 8
1.6計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類(lèi) 9
1.6.1按功能和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類(lèi) 9
1.6.2按控制規(guī)律分類(lèi) 12
1.7計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) 13
習(xí)題 14
第2章計(jì)算機(jī)輸入/輸出接口與過(guò)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(diǎn) 15
2.1.2總線的分類(lèi) 16
2.1.3總線標(biāo)準(zhǔn) 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(cè)量線路 22
2.4.2信號(hào)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(biāo) 45
2.5.3 DAC0832 46習(xí)題 50
第3章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述 51
3.1信號(hào)的類(lèi)型與采樣的形式 51
3.1.1信號(hào)的類(lèi)型 51
3.1.2采樣的形式 52
3.2信號(hào)的采樣與重構(gòu) 52
3.2.1采樣過(guò)程及采樣定理 52
3.2.2連續(xù)信號(hào)的重構(gòu) 58
3.3 z變換與 z逆變換 61
3.3.1脈沖響應(yīng)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(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的離散化模型 69
3.5.1連續(xù)對(duì)象的 ZOH離散化 69
3.5.2具有連續(xù)時(shí)滯對(duì)象的改進(jìn) z變換 71
習(xí)題 72
第4章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的特性分析 73
4.1計(jì)算機(jī)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(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響 80
4.2計(jì)算機(jī)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(hào)下的穩(wěn)態(tài)誤差分析 82
4.2.3采樣周期對(duì)穩(wěn)態(tài)性能的影響 85
4.3計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性 88
4.3.1零極點(diǎn)分布與系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng) 88
4.3.2系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo) 90
4.3.3采樣周期對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響 93
習(xí)題 94
第5章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的頻率響應(yīng) 95
5.1基于時(shí)間域提升技術(shù)的頻率響應(yīng)計(jì)算 95
5.2基于頻域提升技術(shù)的頻率響應(yīng)計(jì)算 96
5.3計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)頻率響應(yīng)的直接計(jì)算 98
5.4典型應(yīng)用Ⅰ——球 -桿系統(tǒng) 103
5.5典型應(yīng)用Ⅱ——時(shí)滯不確定采樣系統(tǒng) 108
5.5.1時(shí)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(yīng)用Ⅲ——力覺(jué)接口的無(wú)源性設(shè)計(jì) 114
5.6.1無(wú)源性及無(wú)源性條件 115
5.6.2系統(tǒng)設(shè)計(jì) 118
習(xí)題 120
第6章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的連續(xù)化設(shè)計(jì) 121
6.1數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計(jì) 121
6.1.1設(shè)計(jì)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(jìn) 127
6.3 數(shù)字 PID控制器的參數(shù)整定 129
習(xí)題 131
第7章計(jì)算機(jī)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(duì)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(xí)題 142
第8章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的離散化設(shè)計(jì) 143
8.1 概述 143
8.2最少拍控制器設(shè)計(jì) 144
8.2.1典型輸入下的最少拍控制器設(shè)計(jì) 144
8.2.2最少拍有紋波控制器設(shè)計(jì) 147
8.2.3最少拍無(wú)紋波控制器設(shè)計(jì) 148
8.3具有純滯后對(duì)象的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 149
8.3.1史密斯預(yù)估器 149
8.3.2達(dá)林算法 151
8.4串級(jí)控制 151
8.4.1串級(jí)控制的結(jié)構(gòu)和原理 151
8.4.2數(shù)字串級(jí)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(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)
8.6.2多變量解耦控制方法 155習(xí)題 157
第9章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間法設(shè)計(jì) 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(jì)算 160
9.1.3 z傳遞函數(shù)矩陣 161
9.2能控性與能觀測(cè)性 162
9.3狀態(tài)反饋控制律的極點(diǎn)配置設(shè)計(jì) 163
9.4狀態(tài)觀測(cè)器設(shè)計(jì) 163
9.4.1全狀態(tài)觀測(cè)器 163
9.4.2降階觀測(cè)器 164
9.5具有狀態(tài)觀測(cè)器的狀態(tài)反饋控制律設(shè)計(jì) 165
9.6線性二次型最優(yōu)調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì) 166
9.6.1有限時(shí)間最優(yōu)調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì) 166
9.6.2無(wú)限時(shí)間最優(yōu)調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì) 168
9.7最優(yōu)狀態(tài)估計(jì)——離散卡爾曼濾波器 169
習(xí)題 171
第10章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)及應(yīng)用 172
10.1系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則與步驟 172
10.1.1設(shè)計(jì)原則 172
10.1.2設(shè)計(jì)步驟 173
10.2計(jì)算機(jī)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(shè)計(jì) 174
10.2.2系統(tǒng)的軟件可靠性設(shè)計(jì) 175
10.3計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 175
10.4計(jì)算機(jī)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例 177
習(xí)題 182
第11章 一階機(jī)械臂位置控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 183
11.1直流電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)機(jī)械臂系統(tǒng)建模 183
11.1.1直流電機(jī)的機(jī)械特性 183
11.1.2方案選擇 183
11.1.3數(shù)學(xué)建模 184
11.2控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 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(shè)計(jì) 188
11.3.1硬件資源分配 188
11.3.2各部分硬件設(shè)計(jì) 188
11.4控制系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì) 191
習(xí)題 192
第12章 基于視覺(jué)反饋的無(wú)人艇目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì) 193
12.1系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 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(wú)人艇運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) 195
12.2目標(biāo)跟蹤算法 197
12.2.1 CamShift算法 197
12.2.2 CamShift算法驗(yàn)證 198
12.3無(wú)人艇控制模型建立及控制算法實(shí)現(xiàn) 199
12.3.1無(wú)人艇的運(yùn)動(dòng)方程 199
12.3.2無(wú)人艇的控制方案 199
習(xí)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(shè)計(jì) 201
13.1減搖工作原理 201
13.2控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 203
13.2.1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 203
13.2.2三體船解耦 PID運(yùn)動(dòng)控制策略 203
13.2.3計(jì)算控制實(shí)現(xiàn) 206
13.3控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 207
習(xí)題 208
參考文獻(xiàn) 209