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计算机控制系统 [康波，李云霞编著] 2011年版
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- 类 别：工业自动化
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资料介绍
计算机控制系统
出版时间：2011年版
内容简介
本书依据控制学科本科自动化专业“计算机控制系统”课程教学大纲编写，系统地介绍计算机控制系统的基本原理、分析与设计方法及有关工程实现技术，主要内容如下：理论基础，包括计算机控制系统基本概念、计算机控制系统的信号变换与计算机控制系统的数学描述等；计算机控制系统的经典分析与设计方法，包括基于Z传递函数分析方法、基于连续系统理论的数字控制器设计与区域直接设计等；计算机控制系统的状态空间分析与设计方法；分级分布式计算机控制系统与计算机数值控制系统；计算机控制系统的工程实现技术。本书提供电子课件与部分习题解答．本书可作为高等学校本科自动化专业、电气工程、仪器仪表、计算机应用及机电一体化等相关专业的教材或研究生基础教材，同时也可作为有关工程技术人员的参考资料。
目录
第1章 绪论
1.1 计算机控制系统概述
1.1.1 计算机控制系统的一般概念
1.1.2 计算机控制系统的主要特点
1.2 计算机控制系统的组成
1.2.1 计算机控制系统的硬件组成
1.2.2 计算机控制系统的软件组成
1.3 计算机控制系统的典型应用形式
1.3.1 数据采集与操作指导系统
1.3.2 直接数字控制系统
1.3.3 监督计算机控制系统
1.3.4 计算机分级分布式控制系统
1.3.5 数据采集与监督控制系统
1.3.6 现场总线控制系统
1.4 计算机控制系统的发展概况
1.4.1 计算机控制系统的发展历程
1.4.2 计算机控制系统的发展趋势
1.5 计算机控制系统的理论与设计问题
1.5.1 计算机控制系统的理论问题
1.5.2 计算机控制系统的设计问题
本章小结
习题与思考题
第2章 计算机控制系统的信号变换
2.1 模/数变换与数/模变换
2.1.1 信号类型
2.1.2 a/d转换器
2.1.3 d/a转换器
2.1.4 a/d转换与d/a转换对系统性能的影响
2.2 采样过程的数学描述及特性分析
2.2.1 采样过程的一般描述
2.2.2 采样开关的数学描述
2.2.3 采样信号的时域描述
2.2.4 采样信号的频域描述与频域特性
2.2.5 采样定理
2.3 信号的恢复与重构
2.3.1 信号的理想恢复过程
2.3.2 信号的非理想重构过程
2.3.3 零阶保持器
2.3.4 后置滤波
2.4 信号的量化
本章小结
习题与思考题
第3章 计算机控制系统的数学描述
3.1 z变换理论
3.1.1 z变换的定义
3.1.2 z变换的方法
3.1.3 z变换的性质和定理
3.1.4 z反变换
3.2 差分方程
3.2.1 差分方程的一般形式
3.2.2 差分方程的求解
3.3 z传递函数
3.3.1 z传递函数的概念
3.3.2 z传递函数与差分方程的关系
3.3.3 开环z传递函数
3.3.4 闭环z传递函数
3.3.5 计算机控制系统的输出响应计算
3.4 离散状态空间描述
3.4.1 线性定常离散系统的状态空间模型的建立
3.4.2 连续状态方程的离散化
3.4.3 计算机控制系统的闭环状态方程
本章小结
习题与思考题
第4章 计算机控制系统的经典分析方法
4.1 计算机控制系统的稳定性分析
4.1.1 s平面与z平面的关系
4.1.2 计算机控制系统稳定性条件
4.1.3 计算机控制系统稳定性的判断
4.1.4 采样周期与开环增益对稳定性的影响
4.2 计算机控制系统稳态误差分析
4.2.1 计算机控制系统稳态误差的定义
4.2.2 计算机控制系统稳态误差的计算
4.2.3 干扰作用下的稳态误差
4.2.4 a/d转换器对稳态误差的影响
4.2.5 采样周期对稳态误差的影响
4.3 计算机控制系统的响应特性分析
4.4 z平面根轨迹分析法
4.4.1 z平面根轨迹绘制
4.4.2 z平面根轨迹分析
4.5 计算机控制系统的频率特性分析法
4.5.1 计算机控制系统频率特性绘制方法
4.5.2 计算机控制系统频率特性分析方法
本章小结
习题与思考题
第5章 基于连续系统理论的数字控制器设计
5.1 基于连续系统理论的数字控制器设计基本原理
5.1.1 连续域离散化设计基本思想
5.1.2 等效控制器de(s)的数学描述
5.1.3 数字控制器的设计步骤
5.2 连续控制器的离散化方法
5.2.1 脉冲响应不变法（z变换法）
5.2.2 阶跃响应不变法
5.2.3 前向差分法
5.2.4 后向差分法
5.2.5 双线性变换法
5.2.6 预畸变双线性变换法
5.2.7 零极点匹配法
5.3 数字pid控制
5.3.1 pid控制的基本形式及数字化
5.3.2 数字pid控制算法
5.4 数字pid控制改进算法
5.4.1 抗积分饱和算法
5.4.2 微分算法的改进
5.5 数字pid控制参数整定
5.5.1 扩充临界比例系数法
5.5.2 扩充响应曲线法
5.5.3 试凑法
5.6 史密斯预测补偿控制
5.6.1 史密斯补偿原理
5.6.2 纯滞后补偿的数字实现
本章小结
习题与思考题
第6章 数字控制器z域直接设计方法
6.1 基于z传递函数解析设计的基本原理
6.1.1 数字控制器d(z)的一般形式
6.1.2 解析设计对期望闭环传递函数 (z)的约束
6.1.3 基于z传递函数解析设计一般步骤
6.2 最少拍控制系统设计
6.2.1 特殊对象的最少拍控制系统设计
6.2.2 一般对象的最少拍控制系统设计
6.3 最少拍无纹波控制系统设计
6.4 最少拍控制系统的改进设计
6.4.1 惯性因子法
6.4.2 非最少的有限拍控制
6.5 扰动作用下最少拍控制系统设计
6.5.1 针对扰动作用的设计
6.5.2 抑制扰动作用的设计
6.6 大林算法设计
6.6.1 大林算法基本原理
6.6.2 大林算法数字控制器的一般形式
6.6.3 振铃现象的消除方法
6.7 复合控制系统设计
6.7.1 反馈控制中的扰动作用
6.7.2 复合控制系统基本原理
6.7.3 复合控制系统设计步骤
6.8 z平面根轨迹设计
6.9 数字控制器的频域设计
6.9.1 w变换
6.9.2 基于w变换的频域设计法
本章小结
习题与思考题
第7章 计算机控制系统的状态空间分析
7.1 离散状态方程的解
7.1.1 递推法
7.1.2 z变换法
7.2 z传递函数矩阵与特征方程
7.2.1 矩阵的特征值
7.2.2 z传递函数矩阵
7.2.3 离散系统的特征方程
7.3 李亚普洛夫稳定性分析
7.3.1 李亚普洛夫意义下的稳定性概念
7.3.2 李亚普洛夫第二法主要定理
7.3.3 线性定常连续系统渐近稳定判据
7.3.4 离散时间系统李亚普洛夫稳定性判据
7.4 可控性与可观性
7.4.1 可控性
7.4.2 输出可控性
7.4.3 可观性
7.4.4 可控性、可观性与z传递函数的关系
7.4.5 采样系统可控可观性与采样周期的关系
7.5 可控标准型与可观标准型
7.5.1 z传递函数与可控标准型
7.5.2 z传递函数与可观标准型
7.5.3 通过线性变换构造可控标准型
7.5.4 通过线性变换构造可观标准型
本章小结
习题与思考题
第8章 计算机控制系统的状态空间设计
8.1 状态反馈设计
8.1.1 状态反馈系统结构及其特性
8.1.2 状态反馈与极点配置
8.1.3 单输入系统状态反馈极点配置设计
8.1.4 多输入系统状态反馈极点配置设计
8.1.5 有限拍控制
8.2 输出反馈设计
8.2.1 输出反馈的结构形式与特点
8.2.2 输出反馈与极点配置
8.3 状态观测器设计
8.3.1 开环状态观测器
8.3.2 闭环状态观测器设计
8.3.3 降维观测器设计
8.3.4 有限拍观测器
8.4 带状态观测器的状态反馈设计
8.4.1 带观测器的状态反馈控制系统的一般结构
8.4.2 带观测器的状态反馈控制系统设计的分离性原理
8.4.3 带观测器的状态反馈控制系统设计原则
8.4.4 带观测器的状态反馈控制系统的控制器
8.4.5 设计举例
本章小结
习题与思考题
第9章 分级分布式计算机控制系统
9.1 分级分布式计算机控制系统基本原理
9.1.1 分级分布式计算机控制系统的产生
9.1.2 分级分布式计算机控制系统的组成原理
9.1.3 分级分布式计算机控制系统的评价
9.2 集散控制系统
9.2.1 集散控制系统的概念和特点
9.2.2 集散控制系统的层次结构
9.2.3 集散控制系统的基本控制器
9.2.4 集散控制系统的数据通信
9.2.5 集散控制系统的组态原理
9.2.6 集散控制系统的发展概况
9.3 现场总线控制系统
9.3.1 现场总线控制系统概述
9.3.2 现场总线控制系统的体系结构
9.3.3 现场总线控制系统与集散控制系统的比较
9.3.4 几种典型的现场总线
本章小结
习题与思考题
第10章 计算机数值控制系统
10.1 计算机数值控制基础
10.1.1 计算机数值控制的基本概念
10.1.2 数值控制基本原理
10.1.3 计算机数值控制系统一般组成
10.1.4 计算机数值控制系统的控制结构
10.1.5 数值控制系统的控制方式
10.2 逐点比较法插补原理
10.2.1 逐点比较法直线插补原理
10.2.2 逐点比较法圆弧插补原理
10.2.3 八方向逐点比较法线性插值
10.3 步进电机的控制技术
10.3.1 步进电机工作原理
10.3.2 步进电机的计算机控制
本章小结
习题与思考题
第11章 计算机控制系统的设计与实现
11.1 计算机控制系统的设计原则与步骤
11.1.1 计算机控制系统设计的一般原则
11.1.2 计算机控制系统的设计步骤
11.2 过程输入/输出通道设计
11.2.1 模拟量输入通道
11.2.2 模拟量输出通道
11.2.3 开关量（数字量）输入通道
11.2.4 开关量（数字量）输出通道
11.3 数字信号调理
11.3.1 数字滤波
11.3.2 非线性补偿
11.3.3 标度变换
11.4 数字控制器算法设计与实现
11.4.1 计算延时与控制算法设计
11.4.2 数字控制器d(z)的算法设计与实现
11.4.3 状态空间描述控制器算法设计与实现
11.4.4 控制算法中比例因子的设置
11.5 量化效应分析
11.5.1 计算机控制系统中量化误差来源
11.5.2 变量的量化误差分析
11.5.3 参数的量化误差分析
11.5.4 量化效应的非线性分析
11.6 采样周期选择
11.6.1 采样周期选择的一般考虑
11.6.2 采样周期选择的经验规则
11.7 计算机控制系统的抗干扰技术
11.7.1 干扰源
11.7.2 干扰的作用形式
11.7.3 串模干扰的抑制
11.7.4 共模干扰的抑制
11.7.5 长线传输干扰的抑制
11.7.6 电源系统的抗干扰措施
11.7.7 接地系统的抗干扰措施
11.8 计算机控制系统的可靠性设计
11.8.1 计算机控制系统可靠性设计的一般原则
11.8.2 计算机控制系统的硬件可靠性设计
11.8.3 计算机控制系统的软件可靠性设计
本章小结
习题与思考题
参考文献
出版时间：2011年版
内容简介
本书依据控制学科本科自动化专业“计算机控制系统”课程教学大纲编写，系统地介绍计算机控制系统的基本原理、分析与设计方法及有关工程实现技术，主要内容如下：理论基础，包括计算机控制系统基本概念、计算机控制系统的信号变换与计算机控制系统的数学描述等；计算机控制系统的经典分析与设计方法，包括基于Z传递函数分析方法、基于连续系统理论的数字控制器设计与区域直接设计等；计算机控制系统的状态空间分析与设计方法；分级分布式计算机控制系统与计算机数值控制系统；计算机控制系统的工程实现技术。本书提供电子课件与部分习题解答．本书可作为高等学校本科自动化专业、电气工程、仪器仪表、计算机应用及机电一体化等相关专业的教材或研究生基础教材，同时也可作为有关工程技术人员的参考资料。
目录
第1章 绪论
1.1 计算机控制系统概述
1.1.1 计算机控制系统的一般概念
1.1.2 计算机控制系统的主要特点
1.2 计算机控制系统的组成
1.2.1 计算机控制系统的硬件组成
1.2.2 计算机控制系统的软件组成
1.3 计算机控制系统的典型应用形式
1.3.1 数据采集与操作指导系统
1.3.2 直接数字控制系统
1.3.3 监督计算机控制系统
1.3.4 计算机分级分布式控制系统
1.3.5 数据采集与监督控制系统
1.3.6 现场总线控制系统
1.4 计算机控制系统的发展概况
1.4.1 计算机控制系统的发展历程
1.4.2 计算机控制系统的发展趋势
1.5 计算机控制系统的理论与设计问题
1.5.1 计算机控制系统的理论问题
1.5.2 计算机控制系统的设计问题
本章小结
习题与思考题
第2章 计算机控制系统的信号变换
2.1 模/数变换与数/模变换
2.1.1 信号类型
2.1.2 a/d转换器
2.1.3 d/a转换器
2.1.4 a/d转换与d/a转换对系统性能的影响
2.2 采样过程的数学描述及特性分析
2.2.1 采样过程的一般描述
2.2.2 采样开关的数学描述
2.2.3 采样信号的时域描述
2.2.4 采样信号的频域描述与频域特性
2.2.5 采样定理
2.3 信号的恢复与重构
2.3.1 信号的理想恢复过程
2.3.2 信号的非理想重构过程
2.3.3 零阶保持器
2.3.4 后置滤波
2.4 信号的量化
本章小结
习题与思考题
第3章 计算机控制系统的数学描述
3.1 z变换理论
3.1.1 z变换的定义
3.1.2 z变换的方法
3.1.3 z变换的性质和定理
3.1.4 z反变换
3.2 差分方程
3.2.1 差分方程的一般形式
3.2.2 差分方程的求解
3.3 z传递函数
3.3.1 z传递函数的概念
3.3.2 z传递函数与差分方程的关系
3.3.3 开环z传递函数
3.3.4 闭环z传递函数
3.3.5 计算机控制系统的输出响应计算
3.4 离散状态空间描述
3.4.1 线性定常离散系统的状态空间模型的建立
3.4.2 连续状态方程的离散化
3.4.3 计算机控制系统的闭环状态方程
本章小结
习题与思考题
第4章 计算机控制系统的经典分析方法
4.1 计算机控制系统的稳定性分析
4.1.1 s平面与z平面的关系
4.1.2 计算机控制系统稳定性条件
4.1.3 计算机控制系统稳定性的判断
4.1.4 采样周期与开环增益对稳定性的影响
4.2 计算机控制系统稳态误差分析
4.2.1 计算机控制系统稳态误差的定义
4.2.2 计算机控制系统稳态误差的计算
4.2.3 干扰作用下的稳态误差
4.2.4 a/d转换器对稳态误差的影响
4.2.5 采样周期对稳态误差的影响
4.3 计算机控制系统的响应特性分析
4.4 z平面根轨迹分析法
4.4.1 z平面根轨迹绘制
4.4.2 z平面根轨迹分析
4.5 计算机控制系统的频率特性分析法
4.5.1 计算机控制系统频率特性绘制方法
4.5.2 计算机控制系统频率特性分析方法
本章小结
习题与思考题
第5章 基于连续系统理论的数字控制器设计
5.1 基于连续系统理论的数字控制器设计基本原理
5.1.1 连续域离散化设计基本思想
5.1.2 等效控制器de(s)的数学描述
5.1.3 数字控制器的设计步骤
5.2 连续控制器的离散化方法
5.2.1 脉冲响应不变法（z变换法）
5.2.2 阶跃响应不变法
5.2.3 前向差分法
5.2.4 后向差分法
5.2.5 双线性变换法
5.2.6 预畸变双线性变换法
5.2.7 零极点匹配法
5.3 数字pid控制
5.3.1 pid控制的基本形式及数字化
5.3.2 数字pid控制算法
5.4 数字pid控制改进算法
5.4.1 抗积分饱和算法
5.4.2 微分算法的改进
5.5 数字pid控制参数整定
5.5.1 扩充临界比例系数法
5.5.2 扩充响应曲线法
5.5.3 试凑法
5.6 史密斯预测补偿控制
5.6.1 史密斯补偿原理
5.6.2 纯滞后补偿的数字实现
本章小结
习题与思考题
第6章 数字控制器z域直接设计方法
6.1 基于z传递函数解析设计的基本原理
6.1.1 数字控制器d(z)的一般形式
6.1.2 解析设计对期望闭环传递函数 (z)的约束
6.1.3 基于z传递函数解析设计一般步骤
6.2 最少拍控制系统设计
6.2.1 特殊对象的最少拍控制系统设计
6.2.2 一般对象的最少拍控制系统设计
6.3 最少拍无纹波控制系统设计
6.4 最少拍控制系统的改进设计
6.4.1 惯性因子法
6.4.2 非最少的有限拍控制
6.5 扰动作用下最少拍控制系统设计
6.5.1 针对扰动作用的设计
6.5.2 抑制扰动作用的设计
6.6 大林算法设计
6.6.1 大林算法基本原理
6.6.2 大林算法数字控制器的一般形式
6.6.3 振铃现象的消除方法
6.7 复合控制系统设计
6.7.1 反馈控制中的扰动作用
6.7.2 复合控制系统基本原理
6.7.3 复合控制系统设计步骤
6.8 z平面根轨迹设计
6.9 数字控制器的频域设计
6.9.1 w变换
6.9.2 基于w变换的频域设计法
本章小结
习题与思考题
第7章 计算机控制系统的状态空间分析
7.1 离散状态方程的解
7.1.1 递推法
7.1.2 z变换法
7.2 z传递函数矩阵与特征方程
7.2.1 矩阵的特征值
7.2.2 z传递函数矩阵
7.2.3 离散系统的特征方程
7.3 李亚普洛夫稳定性分析
7.3.1 李亚普洛夫意义下的稳定性概念
7.3.2 李亚普洛夫第二法主要定理
7.3.3 线性定常连续系统渐近稳定判据
7.3.4 离散时间系统李亚普洛夫稳定性判据
7.4 可控性与可观性
7.4.1 可控性
7.4.2 输出可控性
7.4.3 可观性
7.4.4 可控性、可观性与z传递函数的关系
7.4.5 采样系统可控可观性与采样周期的关系
7.5 可控标准型与可观标准型
7.5.1 z传递函数与可控标准型
7.5.2 z传递函数与可观标准型
7.5.3 通过线性变换构造可控标准型
7.5.4 通过线性变换构造可观标准型
本章小结
习题与思考题
第8章 计算机控制系统的状态空间设计
8.1 状态反馈设计
8.1.1 状态反馈系统结构及其特性
8.1.2 状态反馈与极点配置
8.1.3 单输入系统状态反馈极点配置设计
8.1.4 多输入系统状态反馈极点配置设计
8.1.5 有限拍控制
8.2 输出反馈设计
8.2.1 输出反馈的结构形式与特点
8.2.2 输出反馈与极点配置
8.3 状态观测器设计
8.3.1 开环状态观测器
8.3.2 闭环状态观测器设计
8.3.3 降维观测器设计
8.3.4 有限拍观测器
8.4 带状态观测器的状态反馈设计
8.4.1 带观测器的状态反馈控制系统的一般结构
8.4.2 带观测器的状态反馈控制系统设计的分离性原理
8.4.3 带观测器的状态反馈控制系统设计原则
8.4.4 带观测器的状态反馈控制系统的控制器
8.4.5 设计举例
本章小结
习题与思考题
第9章 分级分布式计算机控制系统
9.1 分级分布式计算机控制系统基本原理
9.1.1 分级分布式计算机控制系统的产生
9.1.2 分级分布式计算机控制系统的组成原理
9.1.3 分级分布式计算机控制系统的评价
9.2 集散控制系统
9.2.1 集散控制系统的概念和特点
9.2.2 集散控制系统的层次结构
9.2.3 集散控制系统的基本控制器
9.2.4 集散控制系统的数据通信
9.2.5 集散控制系统的组态原理
9.2.6 集散控制系统的发展概况
9.3 现场总线控制系统
9.3.1 现场总线控制系统概述
9.3.2 现场总线控制系统的体系结构
9.3.3 现场总线控制系统与集散控制系统的比较
9.3.4 几种典型的现场总线
本章小结
习题与思考题
第10章 计算机数值控制系统
10.1 计算机数值控制基础
10.1.1 计算机数值控制的基本概念
10.1.2 数值控制基本原理
10.1.3 计算机数值控制系统一般组成
10.1.4 计算机数值控制系统的控制结构
10.1.5 数值控制系统的控制方式
10.2 逐点比较法插补原理
10.2.1 逐点比较法直线插补原理
10.2.2 逐点比较法圆弧插补原理
10.2.3 八方向逐点比较法线性插值
10.3 步进电机的控制技术
10.3.1 步进电机工作原理
10.3.2 步进电机的计算机控制
本章小结
习题与思考题
第11章 计算机控制系统的设计与实现
11.1 计算机控制系统的设计原则与步骤
11.1.1 计算机控制系统设计的一般原则
11.1.2 计算机控制系统的设计步骤
11.2 过程输入/输出通道设计
11.2.1 模拟量输入通道
11.2.2 模拟量输出通道
11.2.3 开关量（数字量）输入通道
11.2.4 开关量（数字量）输出通道
11.3 数字信号调理
11.3.1 数字滤波
11.3.2 非线性补偿
11.3.3 标度变换
11.4 数字控制器算法设计与实现
11.4.1 计算延时与控制算法设计
11.4.2 数字控制器d(z)的算法设计与实现
11.4.3 状态空间描述控制器算法设计与实现
11.4.4 控制算法中比例因子的设置
11.5 量化效应分析
11.5.1 计算机控制系统中量化误差来源
11.5.2 变量的量化误差分析
11.5.3 参数的量化误差分析
11.5.4 量化效应的非线性分析
11.6 采样周期选择
11.6.1 采样周期选择的一般考虑
11.6.2 采样周期选择的经验规则
11.7 计算机控制系统的抗干扰技术
11.7.1 干扰源
11.7.2 干扰的作用形式
11.7.3 串模干扰的抑制
11.7.4 共模干扰的抑制
11.7.5 长线传输干扰的抑制
11.7.6 电源系统的抗干扰措施
11.7.7 接地系统的抗干扰措施
11.8 计算机控制系统的可靠性设计
11.8.1 计算机控制系统可靠性设计的一般原则
11.8.2 计算机控制系统的硬件可靠性设计
11.8.3 计算机控制系统的软件可靠性设计
本章小结
习题与思考题
参考文献
