計算機控制系統(tǒng)（十五國家課題成果）

目 錄
第一章 計算機控制系統(tǒng)概述(1)
1．1 自動控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)(1)
1．2　計算機控制系統(tǒng)基本原理(1)
1．3 幾個典型的計算機控制系統(tǒng)(2)
1．4 計算機控制系統(tǒng)的分類(4)
1．4．1　按功能及結(jié)構(gòu)分類(4)
1．4．2　按控制規(guī)律分類(10)
1．4．3　按控制方式分類(11)
1．5　計算機控制系統(tǒng)的特點(11)
1．6　計算機控制系統(tǒng)的性能及其指標(11)
1．6．1　性能指標(11)
1．6．2　控制對象的特性對控制性能的影響(12)
1．7　計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展(12)
1．7．1 現(xiàn)代計算機技術(shù)對控制技術(shù)的影響(12)
1．7．2 計算機控制技術(shù)的發(fā)展動向(14)
習題一 (15)
第二章 計算機控制系統(tǒng)的數(shù)學描述(16)
2．1　計算機控制系統(tǒng)的數(shù)學描述方法分類(16)
2．2 信號的采樣與采樣定理(17)
　　2．2．1　連續(xù)信號的采樣(18)
2．2．2 采樣定理(19)
2．2．3 信號復現(xiàn)與零階保持器(21)
2．3 計算機控制系統(tǒng)的等效離散系統(tǒng)數(shù)學描述(23)
2．3．1 脈沖傳遞函數(shù)的定義(24)
2．3．2 開環(huán)系統(tǒng)脈沖傳遞函數(shù)(24)
2．3．3 閉環(huán)系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)(27)
2．4 采樣控制系統(tǒng)的動態(tài)分析(29)
2．5 采樣系統(tǒng)的穩(wěn)定性(31)
2.6 采樣控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)分析(33)
習題二(34)
第三章 數(shù)字控制器的設(shè)計方法(36)
3．1 數(shù)字控制器的設(shè)計方法分類(36)
3．2　模擬控制器的離散化(36)
3.2.1 Z變換法(37)
3.2.2 帶有零階保持器的Z變換法 (37)
3.2.3 差分變換法(38)
3.2.4 雙線性變換法(39)
3.2.5 各種離散化方法的比較(40)
3.3 數(shù)字PID控制(41)
3.3.1 理想微分PID控制(41)
3.3.2 實際微分PID控制(44)
3.3.3 標準PID控制算法的改進(46)
　　　　3.3.3.1 積分項的改進(46)
3.3.3.2 微分項的改進(49)
3.3.3.3 干擾的抑制(50)
3.3.4　數(shù)字PID調(diào)節(jié)的參數(shù)整定(50)
3．3．4．1 PID調(diào)節(jié)器參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響(50)
3．3．4．2 采樣周期的選定(51)
3．3．4．3 實驗確定法整定PID參數(shù)(52)
3．3．4．4 數(shù)字PID的變參數(shù)整定(54)
3．3．4．5 數(shù)字PID參數(shù)的最優(yōu)整定(55)
3．4 最少拍數(shù)字控制系統(tǒng)的設(shè)計(56)
3．5 最少拍無紋波控制系統(tǒng)設(shè)計(62)
3．6 最少拍控制系統(tǒng)的改進(64)
3．6．1 阻尼因子法(64)
3．6．2 非最少的有限拍控制(66)
3．7 達林算法(67)
習題三 (71)
第四章 高級數(shù)字控制器的分析與設(shè)計
4．1數(shù)字控制器狀態(tài)變量分析理論基礎(chǔ)(72)
4．1．1 狀態(tài)空間與狀態(tài)方程(72)
4．1．2 線性定常離散系統(tǒng)的狀態(tài)方程描述(73)
4．1．2．l 化高階差分方程為狀態(tài)方程(73)
4．1．2．2 化脈沖傳遞函數(shù)為狀態(tài)方程(75)
4．1．3 離散系統(tǒng)狀態(tài)方程的解(77)
4．1．3．1 時域法(77)
4．1．3．2 頻域法(77)
4．1．4 離散系統(tǒng)狀態(tài)方程與脈沖傳遞函數(shù)的關(guān)系(80)
4．1．5 能控性與能觀測性(81)　
4．1．5．1 能控性(82)
4．1．5．2 能觀測性(83)
4．1．5．3 對偶原理(85)
　　4．1．6 坐標變換與標準型(85)
4．1．6．1 坐標變換(85)
4．1．6．2 能控標準型(85)
4．1．6．3 能觀測標準型(87)
4．2　數(shù)字控制器狀態(tài)變量設(shè)計法(88)
4．2．1 狀態(tài)反饋極點配置控制系統(tǒng)的設(shè)計(88)
4．2．1．1 單輸入系統(tǒng)狀態(tài)反饋極點配置(88)
4．2．1．2 多輸入系統(tǒng)狀態(tài)反饋極點配置(91)
4．2．1．3 極點配置方法的討論(93)
4．2．2 狀態(tài)觀測器的設(shè)計(93)
4．2．3 具有狀態(tài)觀測器的極點配置(96)
4.3 模糊控制(99)
4.3.1概況(99)
4.3.2 模糊控制原理(101)
4.3.3 模糊控制算法的設(shè)計(102)
4.3.3.1 可能性分布與模糊測度(102)
4.3．3．2 模糊性知識的規(guī)則表示(105)
4.3．3.3 常見的模糊控制規(guī)則(107)
4.3.3．4 反映控制規(guī)則的模糊關(guān)系(109)
4.3.4 基本模糊控制器(109)
4.3.4．1 查詢表的建立(109)
4.3.4．2 基本模糊控制器實例(110)
4.3.5 模糊數(shù)模型的建立(113)
4.3.5．1 模糊控制器語言變量值的選取(113)
4.3.5．2 雙輸入單輸出模糊控制器的模糊控制規(guī)則(113)
4.3.5．3 建立模糊數(shù)模型(114)
4.3.6 模糊控制方法與其它控制方法的結(jié)合(116)
4.4 專家控制(118)
4.4．1 專家系統(tǒng)概述(118)
4.4．1．1 什么是專家系統(tǒng)(118)
4.4．1．2 專家系統(tǒng)的基本組成(119)
4.4．1．3 專家系統(tǒng)的特征及類型(120)
4.4．2 專家控制系統(tǒng)(121)
4.4．2．1 專家控制系統(tǒng)的特點(121)
4.4．2．2 專家控制系統(tǒng)的工作原理(121)
4.4．2．3 專家控制器(124)
4.4．3 模糊專家系統(tǒng)(124)
4.4．3．1 模糊專家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)(124)
4.4．3．2 不確定性推理模型(125)
習題四 (126)
第五章 過程輸入輸出通道技術(shù)(129)
5．1 過程輸入輸出通道的組成與功能(129)
5．2 過程輸入輸出通道的控制方式(129)
5．2．l 過程輸入輸出通道與CPU交換的信息類型(129)
5．2．2 過程通道的編址方式(129)
　　5．2．3 CPU對過程通道的控制方式(129)
5．2．4 過程通道接口設(shè)計應(yīng)考慮的問題(131)
5．3　多路開關(guān)及采樣-保持器(131)
5．3．1 多路開關(guān)與多路分配器(132)
5．3．2 采樣－—保持器(137)
5．4　開關(guān)量（數(shù)字量）輸出通道(139)
5．4．1 開關(guān)量（數(shù)字量）輸出通道的結(jié)構(gòu)形式(139)
5．４.2 開關(guān)量輸出通道與CPU的接口(139)
5．4．3　功率接口技術(shù)(140)
5．5　開關(guān)量（數(shù)字量）輸入通道(141)
5．5．1 開關(guān)量（數(shù)字量）輸入通道的結(jié)構(gòu)形式(141)
5．5．2 開關(guān)量(數(shù)字量)形式及變換(141)
5．5．3　整形與電平變換(143)
5．5．4　開關(guān)量輸入通道與CPU的接口(144)
5．6　模擬量輸出通道的接口技術(shù)(147)
5．6．1　D/A轉(zhuǎn)換原理(147)
5．6．2　模擬量輸出通道的基本結(jié)構(gòu)(150)
5．6．3　8位D/A轉(zhuǎn)換器及其接口技術(shù)(151)
5．6．3．1　D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(151)
5．6．3．2　模擬量輸入通道設(shè)計中應(yīng)考慮的問題(151)
5．6．3．3　8位D/A轉(zhuǎn)換器 (157)
　　5．6．3．4　8位D/A轉(zhuǎn)換器與微機的接口及程序設(shè)計(161)
5．6．4 高于8位的D/A轉(zhuǎn)換器及其接口設(shè)計(164)
5．7　模擬量輸入通道(167)
5．7．1　模擬量輸入通道的基本結(jié)構(gòu)(167)
5．7．2 　A/D轉(zhuǎn)換原理(167)
5．7．2．1　逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器(167)
5．7．2．2 雙斜率積分式A/D轉(zhuǎn)換器(169)
5．7．2．3 ∑-△A／D轉(zhuǎn)換器(171)
　　5．7．2．4 電壓／頻率變換器(VFC)作A／D轉(zhuǎn)換器(172)
5．7．3　逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器及其接口(173)
5．7．3．1 A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(173)
5．7．3．2 模擬量輸入通道設(shè)計中應(yīng)考慮的問題(174)
5．7．3．3　8位A/D轉(zhuǎn)換器及其接口(175)
5．7．3．4 高于8位的A/D轉(zhuǎn)換器及其接口(184)
習題五(189)
第六章　數(shù)據(jù)處理技術(shù)(191)
6．1 查表技術(shù)(191)
6．1．1 順序查表法(192)
6．1．2 計算查表法(192)
6．1．3　對分查表法(192)
6．2 數(shù)字濾波技術(shù)(193)
6．2．1 程序判斷濾波(193)
6．2．2 中值濾波(195)
6．2．3 算術(shù)平均值濾波(196)
6．2．4 加權(quán)平均值濾波(196)
6．2．5 滑動平均值濾波(197)
6．2．6 RC低通數(shù)字濾波(197)
6．2．7 復合數(shù)字濾波(198)
6．2．8 各種數(shù)字濾波性能的比較(199)
6．3 量程自動轉(zhuǎn)換和標度變換(199)
6．3．1 量程自動轉(zhuǎn)換(199)
6．3．2 線性參數(shù)標度變換(203)
6．3．3 非線性參數(shù)標度變換(204)
6．4 測量數(shù)據(jù)預處理技術(shù)(205)
6．4．1 線性插值算法(205)
6．4．2 分段插值算法程序的設(shè)計方法(206)
6．4．3 插值法在流量測量中的應(yīng)用(207)
6．4．4 系統(tǒng)誤差的自動校正(208)
習題六(209)
第七章　網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)概述(210)
7.1　集散控制系統(tǒng)簡介(210)
7.1.1 集散控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程(210)
7.1.2 集散控制系統(tǒng)的主要組成部分(210)
7.1.3 JX-300X集散控制系統(tǒng)(213)
7.2 現(xiàn)場總線技術(shù)簡介(214)
7.2.1 傳統(tǒng)控制系統(tǒng)向基于現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)演變(214)
7.2.2 現(xiàn)場總線技術(shù)的特點(215)
7.2.3　典型現(xiàn)場總線簡介(216)
7.2.4 現(xiàn)場總線PROFIBUS技術(shù)要點(219)
7.2.4.1 PROFIBUS概貌(219)
7.2.4.2 PRFIBUS基本特性(219)
7.2.4.3 PROFIBUS-DP(222)
7.2.4.4 PROFIBUS-PA(227)
7.2.4.5 PROFIBUS-FMS (228)
7．3 中國國家標準《用于測量與控制系統(tǒng)的EPA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與通信標準》簡介(229)
7．3．1　背景與動機(229)
7．3．2 范圍(230)
7．3．3 EPA系統(tǒng)模型(230
7．3．4 EPA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(231)
7．3．5 網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)(231)
7．3．6 EPA設(shè)備(233)
7．3．7 EPA網(wǎng)絡(luò)通信與調(diào)度(234)
7．3．8 實時EPA通信與非實時網(wǎng)絡(luò)通信的并行運行管理(236)
7．3．9 EPA通信模型(236)
7．3．10 EPA實時通信管理接口(239)
7．3．11 EPA應(yīng)用層(240)
7．3．12　EPA管理功能塊(241)
7．3．13　EPA網(wǎng)絡(luò)冗余管理功能塊(243)
7．3．14　EPA電子設(shè)備描述(243)
7．3．15　EPA設(shè)備間的通信過程(244)
習題七(247)
第八章 計算機控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)(248)
8．1 計算機控制系統(tǒng)的設(shè)計原則(248)
8. 2 計算機控制系統(tǒng)的設(shè)計方法(249)
8．3 控制系統(tǒng)中的可靠性技術(shù)(255)
8．3．1 多重化結(jié)構(gòu)技術(shù)(255)
8．3．2 控制系統(tǒng)的抗干擾措施(256)
8．3．3 軟件設(shè)計的可靠性措施(260)
8．3．4 重視安裝工藝措施(260)
8．4 加熱爐溫度控制系統(tǒng)(261)
8．4．1 溫度控制系統(tǒng)的組成(261)
8．4．2 溫度控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(262)
　　　　8．4．3 數(shù)字控制器的數(shù)學模型（266）
　　　　8．4．4 溫度控制系統(tǒng)軟件設(shè)（268）
　　　　8．4．5 手動后援問題（273）
　　8．5 基于EPA標準的藍牙/以太網(wǎng)混合測控試驗系統(tǒng)(274)
　　　　8．5．1 系統(tǒng)設(shè)計(274)
8．5．2 帶接入功能的EPA藍牙控制器(275)
8．5．3 EPA藍牙測控模塊(277)
8．5．4 EPA控制器(279)
8．5．5 上位機監(jiān)控軟件設(shè)計(280)
8．5．6 系統(tǒng)實驗結(jié)果(281)
習題八 (282)
參考文獻 (283)