計算機控制系統（簡體書）

《計算機控制系統》不僅給出了理論分析結果，而且簡要地闡述了算法步驟、MAT-LAB仿真工具的應用和對一些實際問題的仿真處理過程，每章都附有典型例題。《計算機控制系統》主要內容包括：計算機控制系統的基礎理論；模糊控制、離散狀態空間設計法（極點配置法、最優控制）、PID及其改進方法、數字控制器直接設計法等控制策略及其算法；工控機、PLC、DsP、單片機等控制用計算機及其應用實例，闡述如何構建和實現計算機控制系統（設計方法、接口技術、電磁兼容技術、現場總線技術、組態技術等）；基礎實驗指導。《計算機控制系統》例題豐富，實用性強，提倡以實驗為主導，培養學生工程實踐能力。《計算機控制系統》可作為高等學校自動化、電氣技術、智能科學與技術、機電一體化、電子信息、測控技術、計算機應用及其他相關專業的教學用書。對于廣大的工程技術人員，也是一本有價值的參考書和培訓教材。先修課程：微機原理及應用、軟件技術基礎和自動控制理論。

《計算機控制系統》是普通高等教育“十二五”電氣信息類規劃教材。

前言
第1章 概論
1.1 計算機控制系統的基本原理與組成
1.1.1 計算機控制系統的基本原理
1.1.2 計算機控制系統的組成
1.2 計算機控制系統的分類
1.2.1 按控制方式分類
1.2.2 按功能和系統構成分類
1.2.3 按控制規律分類
1.3 計算機控制系統的發展
1.3.1 計算機技術對控制技術的影響
1.3.2 計算機控制理論的發展
1.3.3 計算機控制系統的發展趨勢
習題

第2章 計算機控制系統的分析
2.1 計算機控制系統中信號的變換
2.1.1 模數轉換與采樣定理
2.1.2 數模轉換與零階保持器
2.1.3 計算機控制系統的簡化框圖
2.2 計算機控制系統的z傳遞函數
2.2.1 數字控制器的z傳遞函數
2.2.2 連續部分的z傳遞函數
2.2.3 閉環z傳遞函數
2.3 計算機控制系統的特性分析
2.3.1 穩定性
2.3.2 穩態誤差
2.3.3 動態性能
習題

第3章數字PID控制器
3.1 PID控制算法
3.1.1 模擬.PID調節器
3.1.2 數字PID控制算法
3.2 標準PID控制算法的改進
3.2.1 “飽和”作用的抑制
3.2.2 干擾的抑制
3.2.3 給定值突變時對控制量進行阻尼的算法
3.2.4 其他修改算法
3.3 非線性PID控制器
3.3.1 帶死區的PID控制
3.3.2 時間最優PID控制
3.4 數字PID控制器參數的整定
3.4.1 整定的基本步驟
3.4.2 經驗法
3.4.3 實驗法
3.4.4 參數的自整定
3.4.5 PID參數尋優
3.4.6 采樣周期的選擇
3.5 純滯後的補償——Smith預估補償
3.6 ：PID串級控制
3.6.1 串級控制系統的分析
3.6.2 數字PID串級控制系統
3.6.3 主、副調節器控制規律的選擇
3.6.4 串級調節器的整定方法
3.6.5 副回路微分先行串級控制
習題

第4章 數字控制器的直接設計方法
4.1 數字控制器的直接設計步驟
4.2 最少拍有紋波控制器設計
4.2.1 由系統的準確性確定中(z)
4.2.2 由系統的快速性確定中(z)
4.2.3 由D(z)的物理可實現性確定西(z)
4.2.4 由系統的穩定性確定中(z)
4.3 最少拍無紋波控制器設計
4.3.1 紋波產生的原因
4.3.2 最少拍無紋波控制器設計方法
4.4 慣性因子法
4.4.1 有限拍系統的局限性
4.4.2 慣性因子法簡介
4.5 大林算法
4.5.1 大林算法的基本形式
4.5.2 振鈴的強弱及振鈴消除方法
習題

第5章 基于狀態空間模型的設計法
5.1 控制系統的離散狀態空間描述
5.1.1 連續系統的精確離散化概述
5.1.2 線性系統的離散化
5.1.3 一類仿射非線性系統的精確離散化
5.1.4 離散系統的解
5.2 離散系統的能控性、能觀性與穩定性
5.2.1 離散系統的能控性
5.2.2 離散系統的能觀性
5.2.3 穩定性分析
5.3 極點配置設計法
5.3.1 基于極點配置的狀態反饋控制規律設計
5.3.2 基于極點配置的觀測器設計
5.3.3 基于極點配置的控制器設計
5.4 線性二次型最優控制
5.4.1 LQR問題的描述
5.4.2 二次型性能指標函數的離散化
5.4.3 LQR最優控制規律的計算
5.4.4 LQR與Liapunov最優狀態反饋設計的關系
5.4.5 LQR設計與極點配置設計的比較
習題

第6章 模糊控制
6.1 模糊控制的數學基礎
6.1.1 模糊集合
6.1.2 模糊關系與模糊矩陣
6.1.3 模糊邏輯與模糊推理
6.2 模糊控制系統
6.2.1 模糊控制的基本原理
6.2.2 模糊控制系統的分類
6.2.3 模糊控制器設計的基本方法
6.3 從實例中看模糊控制。
6.3.1 基于Mamdani模糊推理的溫度和壓力過程控制，
6.3.2 洗衣機洗滌時間的自動調節設計
6.3.3 模糊自適應整定PID控制
6.3.4 基于Sugeno模糊推理的倒立擺模糊控制
6.4 模糊控制的優點及其所面臨的主要任務
習題

第7章 控制用計算機簡介
7.1 工業控制計算機
7.1.1 工控機的特點
7.1.2 工業控制計算機系統的組成
7.1.3 工控機總線介紹
7.2 可編程序控制器
7.2.1 PLc的基本組成
7.2.2 PLC的工作原理
7.2.3 PLc控制系統
7.3 單片機
7.3.1 單片機控制系統
7.3.2 ATMEL51系列單片機簡介
7.4 ARM處理器
7.4.1 ARM處理器概述
7.4.2 ARM體系結構
7.4.3 三星$3C44：BOX處理器簡介
7.5 數字信號處理器
7.5.1 DSF芯片概述
7.5.2 DSF-芯片的基本結構
7.5.3 TMS320C2000系列DSt簡介
習題

第8章 過程通道
8.1 過程通道的作用
8.2 模擬量輸出通道
8.2.1 模擬量輸出通道的結構形式
8.2.2 D／A轉換器
8.3 模擬量輸入通道
8.3.1 信號處理器
8.3.2 多路轉換器(多路開關)
8.3.3 放大器
8.3.4 采樣保持器
8.3.5 A／D轉換器
8.4 開關量(數字量)輸入輸出通道
8.4.1 數字量輸入調理
8.4.2 數字量輸出調理
8.5 信號的標度變換
8.5.1 量程自動轉換
8.5.2 線性參數標度變換
8.5.3 非線性參數標度變換
8.6 數字濾波技術
習題

第9章 控制網絡技術
9.1 控制網絡和信息網絡的區別
9.2 控制網絡的體系結構
9.3 分級遞階控制策略
9.3.1 分解一協調的基本原理
9.3.2 多目標最優決策
9.4 控制網絡配置結構
9.4.1 控制網絡的硬件體系
9.4.2 控制網絡的組態軟件
9.5 現場總線技術
9.5.1 現場總線的技術特點
9.5.2 現場總線的通信標準
9.5.3 幾種有影響的現場總線
9.6 基于Internet的遠程控制
習題

第10章 計算機控制系統的電磁兼容技術
10.1 電磁兼容概述
10.1.1 干擾源及其作用形式
10.1.2 干擾的傳播途徑
10.2 電磁干擾抑制技術
10.2.1 濾波
10.2.2 屏蔽
10.2.3 接地
10.2.4 隔離
10.2.5 供電技術
10.3 信號的長線傳輸
10.3.1 串擾噪聲
10.3.2 信號反射
習題

第11章 計算機控制系統設計
11.1 計算機控制系統設計的基本要求和特點
11.1.1 系統設計的基本要求
11.1.2 系統設計的特點
11.2 系統設計的一般步驟
11.2.1 確定任務
11.2.2 建模和確定控制方法
11.2.3 總體方案設計
11.2.4 硬件和軟件的具體設計
11.2.5 軟硬件聯調
11.2.6 離線仿真——實驗室模擬運行
11.2.7 現場調試、試運行
11.2.8 驗收或鑒定——系統性能評估
11.3 計算機控制系統設計實例
11.3.1 啤酒發酵過程計算機控制系統
11.3.2 7葛精度位置伺服系統
11.3.3 雙輪自平衡車控制系統

第12章 實驗
12.1 實驗裝置介紹及基本實驗方法
12.1.1 實驗裝置的基本結構及硬件資源
12.1.2 虛擬示波器的使用
12.1.3 編程軟件的基本操作
12.2 計算機控制系統的典型實驗
12.2.1 A／DD／A轉換實驗
12.2.2 數字濾波器實驗
12.2.3 積分分離數字PID控制
12.2.4 狀態反饋與狀態觀測器
12.2.5 大林算法實驗
12.2 ~6模糊控制實驗
12.2.7 冷熱箱控制實驗
12.2.8 風扇詞速實驗
附錄 常用函數的拉氏變換和z變換表
參考文獻

智能控制是一類無需人的干預就能夠自主地驅動智能機器實現其目標的過程，是用機器模擬人類智能的一個重要領域。
經典控制理論主要研究的對象是單變量常系數線性系統，它只適用于單輸入單輸出控制系統，系統的數學模型采用傳遞函數表示，系統的分析和綜合方法主要是基于根軌跡法和頻率法。現代控制理論主要采用最優控制（二次型最優控制、Hinf控制等）、系統辨識和最優估計、自適應控制等分析和設計方法。系統分析的對象為多輸人多輸出線性系統，系統分析的數學模型主要用狀態空間描述。隨著要研究的對象和系統越來越復雜，依賴于數學模型的傳統控制理論難以解決復雜系統的控制問題，尤其是在具有以下特點的一類現代控制工程中。
1）不確定性的模型。傳統控制是基于模型的控制，模型包括控制對象和干擾模型。傳統控制通常認為模型是已知的或經過辨識可以得到的，對于不確定性的模型，傳統控制難以滿足要求。
2）高度非線性。在傳統的控制理論中，對于具有高度非線性的控制對象，雖然也有一些非線性控制方法可供使用，但總的來說，目前非線性控制理論還很不成熟，有些方法又過于復雜，無法廣泛應用。
3）復雜的任務要求。在傳統的控制系統中，控制任務往往要求輸出量為定值（調節系統）或者要求輸出量跟隨期望的運動軌跡（跟蹤系統），因此控制任務比較單一。但過于復雜的控制任務諸如智能機器人系統、復雜工業過程控制系統、計算機集成制造系統、航空航天控制系統、社會經濟管理系統、環保及能源系統等，傳統的控制理論都無能為力。
在上述情形下，智能控制便應運而生了。20世紀80年代興起的智能控制理論發展迅速，能夠解決更復雜的工程控制問題，特別是那些難以建立被控對象精確數學模型的問題。例如，專家系統即計算機專家咨詢系統是一個存儲了大量專門知識的計算機程序系統，不同的專家系統將不同領域專家的知識，以適當的形式存放于計算機中。根據這些專家知識，專家系統可以對用戶提出的問題做出判斷和決策，以回答用戶的咨詢。