計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（十五國家課題成果）

目 錄
第一章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述(1)
1．1 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)(1)
1．2　計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)基本原理(1)
1．3 幾個(gè)典型的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(2)
1．4 計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)(11)
1．6　計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的性能及其指標(biāo)(11)
1．6．1　性能指標(biāo)(11)
1．6．2　控制對(duì)象的特性對(duì)控制性能的影響(12)
1．7　計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展(12)
1．7．1 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)控制技術(shù)的影響(12)
1．7．2 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向(14)
習(xí)題一 (15)
第二章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述(16)
2．1　計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述方法分類(16)
2．2 信號(hào)的采樣與采樣定理(17)
　　2．2．1　連續(xù)信號(hào)的采樣(18)
2．2．2 采樣定理(19)
2．2．3 信號(hào)復(fù)現(xiàn)與零階保持器(21)
2．3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的等效離散系統(tǒng)數(shù)學(xué)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(dòng)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(xí)題二(34)
第三章 數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)方法(36)
3．1 數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)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(shí)際微分PID控制(44)
3.3.3 標(biāo)準(zhǔn)PID控制算法的改進(jìn)(46)
　　　　3.3.3.1 積分項(xiàng)的改進(jìn)(46)
3.3.3.2 微分項(xiàng)的改進(jìn)(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(duì)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(shí)驗(yàn)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(jì)(56)
3．5 最少拍無紋波控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)(62)
3．6 最少拍控制系統(tǒng)的改進(jìn)(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(dá)林算法(67)
習(xí)題三 (71)
第四章 高級(jí)數(shù)字控制器的分析與設(shè)計(jì)
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(shí)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(duì)偶原理(85)
　　4．1．6 坐標(biāo)變換與標(biāo)準(zhǔn)型(85)
4．1．6．1 坐標(biāo)變換(85)
4．1．6．2 能控標(biāo)準(zhǔn)型(85)
4．1．6．3 能觀測標(biāo)準(zhǔn)型(87)
4．2　數(shù)字控制器狀態(tài)變量設(shè)計(jì)法(88)
4．2．1 狀態(tài)反饋極點(diǎn)配置控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(88)
4．2．1．1 單輸入系統(tǒng)狀態(tài)反饋極點(diǎn)配置(88)
4．2．1．2 多輸入系統(tǒng)狀態(tài)反饋極點(diǎn)配置(91)
4．2．1．3 極點(diǎn)配置方法的討論(93)
4．2．2 狀態(tài)觀測器的設(shè)計(jì)(93)
4．2．3 具有狀態(tài)觀測器的極點(diǎn)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(jì)(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(shí)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(shí)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(diǎn)(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(xí)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(duì)過程通道的控制方式(129)
5．2．4 過程通道接口設(shè)計(jì)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(biāo)(151)
5．6．3．2　模擬量輸入通道設(shè)計(jì)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(jī)的接口及程序設(shè)計(jì)(161)
5．6．4 高于8位的D/A轉(zhuǎn)換器及其接口設(shè)計(jì)(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(biāo)(173)
5．7．3．2 模擬量輸入通道設(shè)計(jì)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(xí)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(jì)算查表法(192)
6．1．3　對(duì)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(dòng)平均值濾波(197)
6．2．6 RC低通數(shù)字濾波(197)
6．2．7 復(fù)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(dòng)轉(zhuǎn)換和標(biāo)度變換(199)
6．3．1 量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換(199)
6．3．2 線性參數(shù)標(biāo)度變換(203)
6．3．3 非線性參數(shù)標(biāo)度變換(204)
6．4 測量數(shù)據(jù)預(yù)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(jì)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(dòng)校正(208)
習(xí)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(diǎn)(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(diǎn)(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(biāo)準(zhǔn)《用于測量與控制系統(tǒng)的EPA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與通信標(biāo)準(zhǔn)》簡介(229)
7．3．1　背景與動(dòng)機(jī)(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?fù)浣Y(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(shí)時(shí)EPA通信與非實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)通信的并行運(yùn)行管理(236)
7．3．9 EPA通信模型(236)
7．3．10 EPA實(shí)時(shí)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(xí)題七(247)
第八章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)(248)
8．1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則(248)
8. 2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)(262)
　　　　8．4．3 數(shù)字控制器的數(shù)學(xué)模型（266）
　　　　8．4．4 溫度控制系統(tǒng)軟件設(shè)（268）
　　　　8．4．5 手動(dòng)后援問題（273）
　　8．5 基于EPA標(biāo)準(zhǔn)的藍(lán)牙/以太網(wǎng)混合測控試驗(yàn)系統(tǒng)(274)
　　　　8．5．1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)(274)
8．5．2 帶接入功能的EPA藍(lán)牙控制器(275)
8．5．3 EPA藍(lán)牙測控模塊(277)
8．5．4 EPA控制器(279)
8．5．5 上位機(jī)監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)(280)
8．5．6 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果(281)
習(xí)題八 (282)
參考文獻(xiàn) (283)