計算機控制技術(shù)

目 錄
前 言
第1 章 緒論 1
1.1 計算機控制系統(tǒng)的基本概念 1
1.1.1 開環(huán)控制與閉環(huán)控制 1
1.1.2 計算機控制系統(tǒng)的含義 2
1.2 計算機控制系統(tǒng)的組成 3
1.2.1 計算機控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)成 3
1.2.2 計算機控制系統(tǒng)的軟件構(gòu)成 4
1.3 計算機控制系統(tǒng)的典型類型 5
1.3.1 操作指導控制系統(tǒng) 5
1.3.2 直接數(shù)字控制系統(tǒng) 6
1.3.3 監(jiān)督控制系統(tǒng) 6
1.3.4 集散控制系統(tǒng) 7
1.3.5 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) 8
1.4 計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展概況與趨勢 9
1.4.1 計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展概況 9
1.4.2 計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 10
習 題 13
第2 章 計算機控制系統(tǒng)的理論基礎 14
2.1 連續(xù)系統(tǒng)數(shù)學模型的表示方法 14
2.1.1 控制系統(tǒng)數(shù)學模型及其類型 14
2.1.2 建立數(shù)學模型的方法 15
2.1.3 控制系統(tǒng)中基本環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù) 17
2.1.4 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖及其等效變換 18
2.1.5 反饋控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù) 20
2.2 連續(xù)信號的離散化 21
2.2.1 信號的采樣與恢復 21
2.2.2 采樣周期的選擇 22
2.3 Z 變換與反變換 23
2.3.1 Z 變換的定義 23
2.3.2 Z 變換方法 23
2.3.3 Z 變換的基本定理 25
2.3.4 Z 反變換 27
2.4 離散系統(tǒng)與差分方程 28
目 錄
V
2.4.1 離散系統(tǒng) 28
2.4.2 差分方程 29
2.4.3 差分方程求解 29
2.5 離散系統(tǒng)的傳遞函數(shù) 31
2.5.1 Z 傳遞函數(shù)的定義 31
2.5.2 Z 傳遞函數(shù)的求法 31
2.5.3 開環(huán)Z 傳遞函數(shù) 32
2.5.4 閉環(huán)Z 傳遞函數(shù) 33
2.6 計算機控制系統(tǒng)的性能分析 34
2.6.1 計算機控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 34
2.6.2 計算機控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差分析 37
2.6.3 計算機控制系統(tǒng)的響應特性分析 38
習題 41
第3 章 常用數(shù)字控制技術(shù) 43
3.1 最少拍數(shù)字控制 43
3.1.1 最少拍數(shù)字控制系統(tǒng)的設計 43
3.1.2 最少拍無紋波控制系統(tǒng)的設計 46
3.2 模擬化設計方法 47
3.2.1 模擬設計的步驟 47
3.2.2 D(s)離散化成D(z)的方法 48
3.3 PID 控制 51
3.3.1 模擬PID 控制 52
3.3.2 數(shù)字PID 控制 52
3.3.3 改進的數(shù)字PID 控制 54
3.3.4 數(shù)字PID 控制器的參數(shù)選定 58
3.3.5 數(shù)字PID 控制器應用實例 61
3.4 純滯后控制 64
3.4.1 史密斯（Smith）預估控制 64
3.4.2 大林（Dahllin）算法 68
3.5 串級控制 73
3.5.1 串級控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和特點 73
3.5.2 串級控制算法 75
3.5.3 串級控制系統(tǒng)的設計 75
3.6 前饋-反饋控制 76
3.6.1 前饋-反饋控制的概念 76
3.6.2 前饋-反饋控制系統(tǒng)的原理和結(jié)構(gòu) 76
3.6.3 數(shù)字前饋-反饋控制算法 78
3.7 解耦控制 79
3.7.1 耦合控制系統(tǒng) 79
3.7.2 解耦控制原理 80
3.7.3 數(shù)字解耦控制算法 81
習題 82
第4 章 先進控制技術(shù) 83
4.1 概述 83
4.2 模糊控制技術(shù) 84
4.2.1 模糊控制的數(shù)學基礎 85
4.2.2 模糊控制原理 87
4.2.3 模糊控制器 87
4.2.4 模糊控制算法仿真 93
4.2.5 模糊控制算法應用實例 96
4.3 預測控制技術(shù) 98
4.3.1 預測模型 99
4.3.2 預測控制算法 105
4.3.3 預測控制算法仿真111
4.4 神經(jīng)網(wǎng)絡控制技術(shù)112
4.4.1 神經(jīng)網(wǎng)絡基礎113
4.4.2 神經(jīng)網(wǎng)絡控制118
4.4.3 神經(jīng)網(wǎng)絡算法仿真 121
習題 124
第5 章 計算機控制系統(tǒng)的設計 126
5.1 設計原則與步驟 126
5.1.1 設計原則 126
5.1.2 設計步驟 127
5.2 控制主機 129
5.2.1 工業(yè)控制計算機 130
5.2.2 可編程序控制器 132
5.3 控制軟件開發(fā)平臺 137
5.3.1 工業(yè)組態(tài)軟件 137
5.3.2 PLC 軟件開發(fā)環(huán)境 140
5.4 工業(yè)控制網(wǎng)絡 142
5.4.1 控制網(wǎng)絡的類型與特點 142
5.4.2 現(xiàn)場總線 142
5.4.3 工業(yè)以太網(wǎng) 144
5.5 系統(tǒng)數(shù)據(jù)預處理技術(shù) 145
5.5.1 采樣數(shù)據(jù)的合理性判別與報警 146
5.5.2 數(shù)字濾波 146
5.5.3 數(shù)值變換 148
5.6 系統(tǒng)抗干擾與可靠性技術(shù) 150
5.6.1 干擾來源 151
5.6.2 硬件抗干擾技術(shù) 151
5.6.3 系統(tǒng)供電與接地技術(shù) 152
5.6.4 軟件可靠性技術(shù) 156
5.7 硬件與軟件的具體設計 157
5.7.1 硬件的具體設計 157
5.7.2 軟件的具體設計 160
習題 163
第6 章計算機控制系統(tǒng)的設計與應用實例 164
6.1 鍋爐控制系統(tǒng) 164
6.1.1 鍋爐工藝流程 164
6.1.2 鍋爐控制對象分析 165
6.1.3 控制規(guī)律的選擇 166
6.1.4 鍋爐控制系統(tǒng)總體設計 168
6.1.5 系統(tǒng)硬件設計 169
6.1.6 檢測裝置和執(zhí)行機構(gòu) 170
6.1.7 系統(tǒng)軟件設計 170
6.2 船舶可調(diào)螺距螺旋槳控制系統(tǒng) 170
6.2.1 調(diào)距槳及其控制方式 171
6.2.2 調(diào)距槳航速控制原理 172
6.2.3 調(diào)距槳控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 172
6.2.4 調(diào)距槳遙控系統(tǒng)總體設計 173
6.2.5 調(diào)距槳遙控系統(tǒng)硬件設計 177
6.2.6 系統(tǒng)軟件設計 181
6.3 大型耙吸式挖泥船集成控制系統(tǒng) 188
6.3.1 耙吸式挖泥船集成控制系統(tǒng)概況 188
6.3.2 系統(tǒng)組成和功能 188
6.3.3 系統(tǒng)硬件設計 192
6.3.4 系統(tǒng)軟件設計 194
6.4 船舶綜合計算機控制系統(tǒng) 198
6.4.1 船舶自動化概述 198
6.4.2 船舶自動化典型產(chǎn)品介紹 199
習題 205
附錄 206
附錄A 常用Z 變換表 206
附錄B 典型模糊隸屬度函數(shù) 207
參考文獻 208