计算机控制系统基础
2001-8
北京航空航天大学出版社
陈炳和
本教材是为非自动控制专业本科生编写的教材；去掉带*号的章节后，适合计算机、电子工程、通信工程和机械学科中的机电控制与自动化专业的大专生使用；从教材的深度和广度，也适合于成人教育中工科专业使用。本书是总结了多年来教学、科研和开发工作的经验，并参考了近年来国内外最新教科书和有关文献，精心编写而成。试图利用较少的篇幅，深入浅出、系统地介绍计算机控制系统最基本的内容及其应用。内容以计算机控制系统为主。计算机控制（离散控制）理论是连续控制理论的延伸。要学习和掌握计算机控制理论，必须具备连续控制系统的基本概念，了解经典控制理论的框架。这是学习计算机控制系统不可或缺的内容。连续和离散两种控制系统是先后发展起来的。本教材把两者结合起来，系统地加以介绍，并突出其中最主要的内容。本教材考虑到没有学习过经典控制理论的读者，引导他们从最基本的自动控制知识开始学习计算机控制系统。如果已经学过这些内容，可以跳过连续系统，直接进入离散系统的学习。本教材还利用了相当的篇幅，补充数学知识。这不仅可使学生和读者深入掌握本教材的内容，而且也是掌握计算机控制理论与技术必要的基本训练。具有相应数学基础的读者，可以免学这部分。在控制现场，总是存在干扰信号。控制系统的输入信号中，均有噪声和干扰，必须用滤波器来抑制信号通道中的这些扰动。本教材简要地介绍了滤波器的概念，以及模拟和数字滤波器的设计方法。PID控制是很早就发展起来的控制策略。PID控制由于算法简单、可靠性高、鲁棒性好，被广泛应用于过程控制。设立单独的章节，系统地论述了连续和离散PID控制的理论与技术，并且深入地介绍了PID控制的变型结构PDF和PDFF控制，使读者能够了解、掌握和应用这些带有明显特点的结构。可编程序控制器（简称PC），是随着自动控制技术和通信与网络技术的发展，而发展起来的一种新型工业自动化控制装置。它是专为工业环境下应用而设计的，在工业生产的顺序控制和过程控制中，显示出较大的优越性。它现在应用在许多行业中，经济效益显著，已成为自动控制的标准设备。本书从应用的角度，对它作了通俗的介绍。为了使学生巩固所学的内容，并为自学提供方便，每章后面均附有习题，书后附有绝大部分习题的参考答案。本书使用的MATLAB程序均在MATLAB 4.0版本运行过。全书共分7章。第1章引论，概括介绍了全书的基本框架，回顾了控制理论发展的历史，指出了控制理论发展的动向，将读者引入书中所论述的内容。第2章连续控制系统，主要论述经典控制理论，涉及系统、信号和模型诸多方面。第3章离散时间系统，主要阐述了计算机控制的基本概念、基本理论和基本方法。第4章数字滤波器的基本原理与设计，介绍模拟与数字滤波器的基本原理，以及IIR数字滤器的设计。第5章为计算机控制系统设计。第6章PID控制，系统地论述了模拟和数字PID控制器的结构、算法和参数整定，同时深入阐述了PID控制的变型结构——PDF和PDFF控制的结构、算法和参数整定。这也是本书的重要内容。第7章为可编程序控制器。本书在教学过程中，可根据学生情况和学时多少，删减有关的内容。如果已学过自动控制原理，可以略去第2章；已学过滤波器，可以略去第4章；已学过积分变换，可略去2.2节。本书在编写过程中，北京航空航天大学侯木玉高级工程师、北京航空航天大学出版社的许多同志帮助整理了图稿，在此一并表示感谢。北京航空航天大学出版社许传安编审对本书的出版给予了大力支持，并对书稿进行了精心加工和修改，对此深表谢意。由于作者的水平所限，书中难免存在不足之处，欢迎读者批评指正。
《高校计算机教学系列教材•计算机控制系统基础》主要内容是：以计算机控制系统为主，深入浅出地论述了计算机控制系统的理论和应用。包括：作为学习离散系统的前提条件，概括地介绍了连续控制系统；将连续和离散PID控制及其变型结构PDF和PDFF控制单独列为一章，进行了系统分析，深入地阐述了这类控制器的结构、算法和参数整定；还从应用的角度，介绍了可编程序控制器（简称PC）。每章都附有习题，书后附有绝大部分习题的参考答案。
《高校计算机教学系列教材•计算机控制系统基础》可作为非自动控制专业大学本科生的教材；删去带*号的部分，可作为计算机、电子工程、通信工程和机械学科机电控制与自动化等专业大专学生使用的教材；就《高校计算机教学系列教材•计算机控制系统基础》的深度和广度，也适合于作为成人教育工科专业学生的教材；还可供有关教师和工程技术人员参考。
第1章 引 论1.1 计算机控制系统的基本概念(1)1.1.1 计算机控制系统(1)1.1.2 控制系统的分类(1)1.1.3 计算机控制系统的分类(7)1.1.4 计算机控制系统实现中的实际问题(11)1.2 计算机控制系统的研究内容和对系统的基本要求1.2.1 计算机控制系统的研究内容(15)1.2.2 对计算机控制系统的基本要求(16)1.3 历史回顾(16)1.4 计算机集成制造系统(20)习 题(21)第2章 连续控制系统2.1 引言(22)2.1.1 单输入单输出控制系统(22)2.1.2 常用输入信号(23)2.2 拉普拉斯变换(28)2.2.1 拉普拉斯变换的定义(28)2.2.2 拉普拉斯变换定理(30)2.2.3 拉普拉斯反变换(36)2.2.4 用拉普拉斯变换法解线性常系数微分方程(45)2.3 物理系统的数学模型(46)2.3.1 线性元件的微分方程(47)2.3.2 随动系统的微分方程(51)2.4 传递函数和方框图(53)2.4.1 传递函数和微分方程(53)2.4.2 电子网络的传递函数(54)2.4.3 简单方框图的传递函数(55)2.4.4 方框图简化(59)2.5 传递函数和信号流图(64)2.5.1 信号流图定义(64)2.5.2 梅逊增益公式(65)2.6 控制系统的时域分析(69)2.6.1 冲击响应和阶跃响应(69)2.6.2 时域性能指标(70)2.6.3 一阶系统的动态响应(72)2.6.4 二阶系统的动态响应(74)2.6.5 高阶系统分析(83)2.6.6 稳态误差分析(85)2.6.7 用MATLAB绘制单位阶跃响应和冲击响应曲线2.6.8 稳定性分析(94)2.7 根轨迹(101)2.7.1 根轨迹法(101)2.7.2 根轨迹图的绘制(103)2.7.3 用MATLAB绘制根轨迹图(106)2.8 频率响应的概念(111)2.8.1 频率响应法(112)2.8.2 频率特性的图形表示(114)2.8.3 典型环节的频率特性(116)2.8.4 频域性能指标(122)2.8.5 开环传递函数的频率特性(124)2.8.6 时域和频域响应之间的关系(132)2.8.7 用MATLAB进行频域分析(134)* 2.9 复合控制系统(141)2.9.1 对输入前馈补偿的复合控制系统(141)2.9.2 对扰动前馈补偿的复合控制系统(142)2.10 控制系统设计(143)2.10.1 校正装置的结构(143)2.10.2 校正装置的特性(144)2.10.3 根轨迹校正(151)2.10.4 频率校正(156)习题(164)第3章 离散时间系统3.1 引言(170)3.2 差分方程(173)3.3 采样定理(174)3.3.1 采样过程及采样信号的频谱(174)3.3.2 香农采样定理(178)3.3.3 零阶保持器(178)3.4 z变换(181)3.4.1 z变换定义(181)3.4.2 z变换定理(182)3.4.3 z反变换(187)3.4.4 用z变换求解差分方程(190)3.5 离散系统的传递函数和方框图(191)3.5.1 离散传递函数与差分方程(191)3.5.2 开环Z传递函数(194)3.5.3 闭环Z传递函数(197)3.5.4 离散系统的稳态误差(205)3.6 离散系统的极点、零点和稳定性(207)3.6.1 离散系统的极点与零点(207)3.6.2 S平面到Z平面的映射(208)3.6.3 离散系统的稳定性(209)3.6.4 双线性变换(212)3.6.5 劳斯稳定性判据(213)3.6.6 朱利稳定性判据(215)3.7 离散系统的根轨迹(219)3.7.1 根轨迹图(219)3.7.2 Z平面上的等阻尼比线(221)3.8 离散系统的频率响应(222)3.8.1 对数频率特性(223)3.8.2 极坐标频率特性(224)3.8.3 用MATLAB绘制离散系统的频率特性曲线习题第4章 数字滤波器的基本原理与设计4.1 引言(233)4.2 数字滤波器原理(233)4.3 模拟滤波器(235)4.3.1 巴特沃斯滤波器(236)4.3.2 二项式滤波器(238)4.3.3 ITAE和贝塞尔滤波器(238)4.3.4 其它类型的模拟滤波器(239)4.4 IIR数字滤波器的设计(240)4.4.1 冲击不变性方法(240)4.4.2 阶跃不变性方法(241)4.4.3 极零点匹配法(242)4.4.4 双线性变换法(243)习题(246)第5章 计算机控制系统设计5.1 引言(247)5.1.1 计算机控制系统连续化设计方法(247)5.1.2 计算机控制系统离散化设计方法(251)5.2 有限拍控制(252)5.2.1 有限拍控制系统设计(252)5.2.2 有限拍无纹波控制系统(264)5.2.3 有限拍设计的改进(266)*5.3 根轨迹法(269)5.4 双线性变换法(272)*5.5 参数优化法(276)*5.6 带纯滞后被控对象的控制系统设计(276)5.6.1 大林算法(277)5.6.2 史密斯预报器(282)习题(284)第6章 PID控制6.1 引言(286)6.2 模拟和数字PID算法(289)6.2.1 模拟PID算法(289)6.2.2 数字PID算法(290)6.3 数字PID的改进算法(293)6.3.1 积分分离PID控制算法(293)6.3.2 不完全微分PID控制算法(293)6.3.3 带死区的PID控制算法(296)6.4 模拟和数字PID参数整定(297)6.4.1 模拟PID参数整定(297)6.4.2 数字PID参数整定(303)6.4.3 PID控制的自整定方法(305)6.5 模拟和数字PDF与PDFF算法(305)6.5.1 PDF算法(305)6.5.2 PDFF算法(306)6.5.3 PID，PDF和PDFF控制系统(309)6.6 PDF和PDFF参数整定(313)6.6.1 用标准滤波器进行参数整定(313)6.6.2 被控对象为单积分(314)6.6.3 被控对象为双积分(316)习题(317)第7章 可编程序控制器7.1 引言(318)7.2 可编程序控制器的组成和工作原理(319)7.2.1 可编程序控制器的组成(319)7.2.2 可编程序控制器的工作原理(320)7.3 可编程序控制器的编程方式(320)7.3.1 可编程序控制器的编程语言(320)7.3.2 可编程序控制器的指令及编程方法(322)7.4 可编程序控制器通信与网络功能(333)7.4.1 可编程序控制器与计算机构成控制系统7.4.2 可编程序控制器网络(333)7.4.3 制造自动化协议(334)习题(334)附录 部分习题参考答案（336）参考文献（341）
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《高校计算机教学系列教材•计算机控制系统基础》是由北京航空航天大学出版社出版。
编的太差了北航的老师能编出这样的书是否是假手与他人，值得思考