計算機控制技術

目 錄
前 言
第1 章 緒論 1
1.1 計算機控制系統的基本概念 1
1.1.1 開環(huán)控制與閉環(huán)控制 1
1.1.2 計算機控制系統的含義 2
1.2 計算機控制系統的組成 3
1.2.1 計算機控制系統的硬件構成 3
1.2.2 計算機控制系統的軟件構成 4
1.3 計算機控制系統的典型類型 5
1.3.1 操作指導控制系統 5
1.3.2 直接數字控制系統 6
1.3.3 監(jiān)督控制系統 6
1.3.4 集散控制系統 7
1.3.5 現場總線控制系統 8
1.4 計算機控制系統的發(fā)展概況與趨勢 9
1.4.1 計算機控制系統的發(fā)展概況 9
1.4.2 計算機控制系統的發(fā)展趨勢 10
習 題 13
第2 章 計算機控制系統的理論基礎 14
2.1 連續(xù)系統數學模型的表示方法 14
2.1.1 控制系統數學模型及其類型 14
2.1.2 建立數學模型的方法 15
2.1.3 控制系統中基本環(huán)節(jié)的傳遞函數 17
2.1.4 控制系統的結構圖及其等效變換 18
2.1.5 反饋控制系統的傳遞函數 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 離散系統與差分方程 28
目 錄
V
2.4.1 離散系統 28
2.4.2 差分方程 29
2.4.3 差分方程求解 29
2.5 離散系統的傳遞函數 31
2.5.1 Z 傳遞函數的定義 31
2.5.2 Z 傳遞函數的求法 31
2.5.3 開環(huán)Z 傳遞函數 32
2.5.4 閉環(huán)Z 傳遞函數 33
2.6 計算機控制系統的性能分析 34
2.6.1 計算機控制系統的穩(wěn)定性分析 34
2.6.2 計算機控制系統的穩(wěn)態(tài)誤差分析 37
2.6.3 計算機控制系統的響應特性分析 38
習題 41
第3 章 常用數字控制技術 43
3.1 最少拍數字控制 43
3.1.1 最少拍數字控制系統的設計 43
3.1.2 最少拍無紋波控制系統的設計 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 數字PID 控制 52
3.3.3 改進的數字PID 控制 54
3.3.4 數字PID 控制器的參數選定 58
3.3.5 數字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 串級控制系統的結構和特點 73
3.5.2 串級控制算法 75
3.5.3 串級控制系統的設計 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-反饋控制系統的原理和結構 76
3.6.3 數字前饋-反饋控制算法 78
3.7 解耦控制 79
3.7.1 耦合控制系統 79
3.7.2 解耦控制原理 80
3.7.3 數字解耦控制算法 81
習題 82
第4 章 先進控制技術 83
4.1 概述 83
4.2 模糊控制技術 84
4.2.1 模糊控制的數學基礎 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 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 神經網絡控制技術112
4.4.1 神經網絡基礎113
4.4.2 神經網絡控制118
4.4.3 神經網絡算法仿真 121
習題 124
第5 章 計算機控制系統的設計 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)控制網絡 142
5.4.1 控制網絡的類型與特點 142
5.4.2 現場總線 142
5.4.3 工業(yè)以太網 144
5.5 系統數據預處理技術 145
5.5.1 采樣數據的合理性判別與報警 146
5.5.2 數字濾波 146
5.5.3 數值變換 148
5.6 系統抗干擾與可靠性技術 150
5.6.1 干擾來源 151
5.6.2 硬件抗干擾技術 151
5.6.3 系統供電與接地技術 152
5.6.4 軟件可靠性技術 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 章計算機控制系統的設計與應用實例 164
6.1 鍋爐控制系統 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 鍋爐控制系統總體設計 168
6.1.5 系統硬件設計 169
6.1.6 檢測裝置和執(zhí)行機構 170
6.1.7 系統軟件設計 170
6.2 船舶可調螺距螺旋槳控制系統 170
6.2.1 調距槳及其控制方式 171
6.2.2 調距槳航速控制原理 172
6.2.3 調距槳控制系統結構 172
6.2.4 調距槳遙控系統總體設計 173
6.2.5 調距槳遙控系統硬件設計 177
6.2.6 系統軟件設計 181
6.3 大型耙吸式挖泥船集成控制系統 188
6.3.1 耙吸式挖泥船集成控制系統概況 188
6.3.2 系統組成和功能 188
6.3.3 系統硬件設計 192
6.3.4 系統軟件設計 194
6.4 船舶綜合計算機控制系統 198
6.4.1 船舶自動化概述 198
6.4.2 船舶自動化典型產品介紹 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 207
參考文獻 208