描述
开 本: 16开纸 张: 胶版纸包 装: 平装-胶订是否套装: 否国际标准书号ISBN: 9787121306266丛书名: 电气工程、自动化专业规划教材
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内容简介
本书主要介绍计算机控制系统的基本理论、设计方法和工程应用实例。全书共9章。第1章介绍计算机控制系统的一般概念、组成、结构和发展概况，第2～3章主要介绍计算机控制系统的硬件设计，第4～7章主要介绍计算机控制系统控制器的设计，第8章介绍计算控制系统的电磁兼容性设计，第9章是计算机控制系统的设计与实现的具体步骤以及一些实际工程实例。
目 录
第1章 概述
1.1 计算机控制系统的一般概念
1.2 计算机控制系统的组成
1.2.1 计算机控制系统的硬件组成
1.2.2 计算机控制系统的软件组成
1.3 计算机控制系统的结构形式
1.3.1 操作指导控制系统
1.3.2 直接数字控制系统
1.3.3 监督控制系统
1.3.4 集散控制系统
1.3.5 现场总线控制系统
1.3.6 综合自动化系统
1.4 计算机控制系统的发展概况和发展趋势
1.4.1 计算机控制系统的发展概况
1.4.2 计算机控制系统的发展趋势
习题与思考题1
第2章 通道接口技术
2.1 计算机对外围通道的控制
2.1.1 输入/输出指令
2.1.2 中断
2.1.3 接口
2.2 模拟量输出通道
2.2.1 D/A转换原理
2.2.2 D/A转换器的技术参数
2.2.3 集成D/A转换器及其接口技术
2.2.4 双极性模拟量输出的实现
2.2.5 模拟量输出通道的结构形式
2.2.6 多路开关
2.2.7 采样保持器
2.2.8 模拟量输出通道举例
2.3 模拟量输入通道
2.3.1 A/D转换原理
2.3.2 A/D转换器的技术参数
2.3.3 集成A/D转换器
2.3.4 可编程数据放大器
2.3.5 轴角/数字转换器
2.4 数字量输入/输出通道
2.4.1 数字量输入通道
2.4.2 数字量输出通道
2.4.3 数字量接口的典型应用
习题与思考题2
*第3章 系统总线
3.1 总线的一般概念
3.1.1 总线的分类
3.1.2 总线的特性及性能指标
3.1.3 总线标准
3.1.4 总线控制方法
3.1.5 总线结构
3.1.6 标准总线的优点
3.2 常用的内部总线
3.2.1 STD总线
3.2.2 IBM PC/XT/AT总线
3.2.3 MCA总线
3.2.4 EISA总线
3.2.5 PCI总线
3.3 常用外总线
3.3.1 RS-232C总线
3.3.2 RS-422总线
3.3.3 USB总线
3.3.4 IEEE1394
3.4 现场总线
3.4.1 现场总线的定义和特点
3.4.2 现场总线网络协议模式
3.4.3 现场总线分类
3.5 总线模板举例
3.5.1 主要技术指标
3.5.2 工作原理
习题与思考题3
第4章 数字PID控制器设计
4.1 数字PID算法
4.1.1 模拟PID控制器
4.1.2 数字PID控制器
4.2 数字PID控制器的参数整定
4.2.1 采样周期的选择
4.2.2 实验试凑法确定PID控制参数
4.2.3 实验经验法确定PID控制参数
4.3 数字PID控制器的改进算法
4.3.1 积分算法的改进
4.3.2 微分算法的改进
4.3.3 其他PID控制算法
习题与思考题4
第5章 数字控制器的连续设计方法
5.1 使用连续化设计方法的条件
5.2 连续化设计步骤
5.3 D(s )的离散化方法
5.3.1 脉冲响应不变法
5.3.2 阶跃响应不变法
5.3.3 差分变换法
5.3.4 双线性变换法
5.3.5 频率预畸变的双线性变换法
5.3.6 极点零点对应法
5.4 各种离散化方法的比较
5.5 设计举例
习题与思考题5
第6章 数字控制器的离散设计方法
6.1 解析设计法
6.1.1 少拍系统的设计
6.1.2 无纹波少拍系统的设计
6.1.3 少拍系统的讨论
6.2 根轨迹设计法
6.2.1 z平面的根轨迹
6.2.2 z平面极点位置与动态响应的关系
6.2.3 系统性能指标与z平面极点位置的关系
6.2.4 设计举例
6.3 频率响应设计法
6.3.1 双线性变换和w平面
6.3.2 w平面设计步骤
6.3.3 设计举例
6.4 纯滞后控制技术
6.4.1 Smith预估控制
6.4.2 大林算法
6.5 状态空间设计法
6.5.1 单输入单输出的二阶系统
6.5.2 多输入多输出快速系统设计
习题与思考题6
*第7章 数字控制器的复杂控制规律设计方法
7.1 自适应控制技术
7.1.1 自适应控制的产生
7.1.2 自适应控制的定义
7.1.3 自适应控制的基本原理和类型
7.1.4 局部参数化理论
7.2 滑模变结构控制
7.2.1 滑模变结构控制原理
7.2.2 二阶系统开关控制
7.2.3 滑动模态
7.2.4 伺服系统滑模控制器设计
7.3 重复控制器的设计
7.3.1 重复控制原理
7.3.2 重复控制系统的稳定性
7.3.3 重复控制器设计
习题与思考题7
第8章 计算机控制系统的电磁兼容性设计
8.1 电磁兼容性的概述
8.2 噪声源
8.3 噪声抑制技术
8.3.1 屏蔽
8.3.2 接地
8.3.3 去耦
8.3.4 隔离
8.4 数字信号的传输
8.5 电源系统的抗干扰措施
8.6 CPU抗干扰措施
习题与思考题8
第9章 计算机控制系统的设计与实现
9.1 计算机控制系统的设计原则与步骤
9.1.1 设计原则
9.1.2 设计步骤
9.2 计算机控制系统的实现过程
9.2.1 计算机控制系统的可行性论证
9.2.2 计算机控制系统的工程设计
*9.3 计算机控制系统的设计实例
9.3.1 飞行仿真头位跟踪视景显示系统
9.3.2 机械臂控制系统
9.3.3 三轴转台系统
附录A z变换简表
参考文献
1.1 计算机控制系统的一般概念
1.2 计算机控制系统的组成
1.2.1 计算机控制系统的硬件组成
1.2.2 计算机控制系统的软件组成
1.3 计算机控制系统的结构形式
1.3.1 操作指导控制系统
1.3.2 直接数字控制系统
1.3.3 监督控制系统
1.3.4 集散控制系统
1.3.5 现场总线控制系统
1.3.6 综合自动化系统
1.4 计算机控制系统的发展概况和发展趋势
1.4.1 计算机控制系统的发展概况
1.4.2 计算机控制系统的发展趋势
习题与思考题1
第2章 通道接口技术
2.1 计算机对外围通道的控制
2.1.1 输入/输出指令
2.1.2 中断
2.1.3 接口
2.2 模拟量输出通道
2.2.1 D/A转换原理
2.2.2 D/A转换器的技术参数
2.2.3 集成D/A转换器及其接口技术
2.2.4 双极性模拟量输出的实现
2.2.5 模拟量输出通道的结构形式
2.2.6 多路开关
2.2.7 采样保持器
2.2.8 模拟量输出通道举例
2.3 模拟量输入通道
2.3.1 A/D转换原理
2.3.2 A/D转换器的技术参数
2.3.3 集成A/D转换器
2.3.4 可编程数据放大器
2.3.5 轴角/数字转换器
2.4 数字量输入/输出通道
2.4.1 数字量输入通道
2.4.2 数字量输出通道
2.4.3 数字量接口的典型应用
习题与思考题2
*第3章 系统总线
3.1 总线的一般概念
3.1.1 总线的分类
3.1.2 总线的特性及性能指标
3.1.3 总线标准
3.1.4 总线控制方法
3.1.5 总线结构
3.1.6 标准总线的优点
3.2 常用的内部总线
3.2.1 STD总线
3.2.2 IBM PC/XT/AT总线
3.2.3 MCA总线
3.2.4 EISA总线
3.2.5 PCI总线
3.3 常用外总线
3.3.1 RS-232C总线
3.3.2 RS-422总线
3.3.3 USB总线
3.3.4 IEEE1394
3.4 现场总线
3.4.1 现场总线的定义和特点
3.4.2 现场总线网络协议模式
3.4.3 现场总线分类
3.5 总线模板举例
3.5.1 主要技术指标
3.5.2 工作原理
习题与思考题3
第4章 数字PID控制器设计
4.1 数字PID算法
4.1.1 模拟PID控制器
4.1.2 数字PID控制器
4.2 数字PID控制器的参数整定
4.2.1 采样周期的选择
4.2.2 实验试凑法确定PID控制参数
4.2.3 实验经验法确定PID控制参数
4.3 数字PID控制器的改进算法
4.3.1 积分算法的改进
4.3.2 微分算法的改进
4.3.3 其他PID控制算法
习题与思考题4
第5章 数字控制器的连续设计方法
5.1 使用连续化设计方法的条件
5.2 连续化设计步骤
5.3 D(s )的离散化方法
5.3.1 脉冲响应不变法
5.3.2 阶跃响应不变法
5.3.3 差分变换法
5.3.4 双线性变换法
5.3.5 频率预畸变的双线性变换法
5.3.6 极点零点对应法
5.4 各种离散化方法的比较
5.5 设计举例
习题与思考题5
第6章 数字控制器的离散设计方法
6.1 解析设计法
6.1.1 少拍系统的设计
6.1.2 无纹波少拍系统的设计
6.1.3 少拍系统的讨论
6.2 根轨迹设计法
6.2.1 z平面的根轨迹
6.2.2 z平面极点位置与动态响应的关系
6.2.3 系统性能指标与z平面极点位置的关系
6.2.4 设计举例
6.3 频率响应设计法
6.3.1 双线性变换和w平面
6.3.2 w平面设计步骤
6.3.3 设计举例
6.4 纯滞后控制技术
6.4.1 Smith预估控制
6.4.2 大林算法
6.5 状态空间设计法
6.5.1 单输入单输出的二阶系统
6.5.2 多输入多输出快速系统设计
习题与思考题6
*第7章 数字控制器的复杂控制规律设计方法
7.1 自适应控制技术
7.1.1 自适应控制的产生
7.1.2 自适应控制的定义
7.1.3 自适应控制的基本原理和类型
7.1.4 局部参数化理论
7.2 滑模变结构控制
7.2.1 滑模变结构控制原理
7.2.2 二阶系统开关控制
7.2.3 滑动模态
7.2.4 伺服系统滑模控制器设计
7.3 重复控制器的设计
7.3.1 重复控制原理
7.3.2 重复控制系统的稳定性
7.3.3 重复控制器设计
习题与思考题7
第8章 计算机控制系统的电磁兼容性设计
8.1 电磁兼容性的概述
8.2 噪声源
8.3 噪声抑制技术
8.3.1 屏蔽
8.3.2 接地
8.3.3 去耦
8.3.4 隔离
8.4 数字信号的传输
8.5 电源系统的抗干扰措施
8.6 CPU抗干扰措施
习题与思考题8
第9章 计算机控制系统的设计与实现
9.1 计算机控制系统的设计原则与步骤
9.1.1 设计原则
9.1.2 设计步骤
9.2 计算机控制系统的实现过程
9.2.1 计算机控制系统的可行性论证
9.2.2 计算机控制系统的工程设计
*9.3 计算机控制系统的设计实例
9.3.1 飞行仿真头位跟踪视景显示系统
9.3.2 机械臂控制系统
9.3.3 三轴转台系统
附录A z变换简表
参考文献
前 言
计算机控制广泛应用于工业生产、交通运输、航空、航天、航海、核能和国防建设等部门，在国民经济和国防建设中起着重要的作用。近年来随着电力电子技术、微电子技术、控制技术的不断发展，计算机控制也发生了很大的变化，新的控制方法、新的控制思想和新的控制系统不断出现，促进了控制科学与工程的发展。教学上应该将这些发展和进步及时总结，使学生既能掌握传统方法，又能掌握方法和设计思想。该书作者长期从事相关的国家项目攻关、科学基金、横向科研和教学工作，在总结近年的教学和科研成果的基础上，系统地论述了计算机控制系统的结构、原理、设计和应用，既有理论分析又有应用实例。本书覆盖了工业控制计算机、输入/输出接口与过程通道、计算机控制系统的理论基础、计算机控制算法、计算机控制软件技术、通信、计算机控制系统设计与实现等内容，以引导读者按理论分析、仿真研究、工程设计与实现等循序渐进地来进行计算机控制系统的分析、设计和实现。
本书主要有以下特色：
（1） 密切结合工程实际，从应用的角度，全面系统地论述了计算机控制系统的结构、设计、实现等问题。理论深度适中，主要强调实际工程应用，使读者能更好地理解和掌握计算机控制的理论知识，并能用于解决实际计算机控制系统问题。
（2） 所举的工程实例具有典型性、代表性，内容既能体现传统技术又体现新技术的应用。通过具有不同代表性的多个典型实例，介绍不同典型计算机控制系统的构成原理、设计和分析方法。
（3） 在系统介绍传统方法的基础上，介绍计算机控制系统的自适应控制、滑模变结构控制、重复控制等。在介绍理论方法的同时，在实际工程中也得到了应用。对于计算机控制系统的电磁兼容和可靠性问题也进行了分析介绍，并给出了常用的一些解决方法。
本书共分为9章。第1章概述，主要介绍计算机控制系统的一般概念、组成、结构和发展概况。第2章通道接口技术，包括计算机对外围通道的控制、输入/输出通道的设计。第3章系统总线，主要介绍计算机控制系统中常用的几种总线。第4章数字PID控制器设计，主要介绍PID控制在计算机直接数字控制中的应用。第5章数字控制器的连续化设计方法，主要介绍按连续系统设计所得到的连续控制器，可通过哪些近似方法变换为离散控制器。第6章数字控制器的离散设计方法，主要介绍在离散域直接设计数字控制器常用的方法。第7章数字控制器的复杂控制规律设计方法，主要介绍自适应控制、滑模变结构控制、重复控制器等几种复杂控制器的设计。第8章计算机控制系统的电磁兼容性设计，主要介绍为保证计算机控制系统在复杂的干扰环境中能够稳定可靠地工作，经常采用的一些电磁兼容性设计方法。第9章计算机控制系统的设计与实现，主要介绍计算机控制系统的设计与实现的具体步骤，以及一些实际工程实例。
本书的第1版和第2版分别于1996年和2002年由北京理工大学出版社出版。每次出版，内容均有大幅度的更新。本书可供自动化、电气工程及其自动化、机械电子工程以及有关专业的本科生和研究生学习使用，也可供相关专业人员阅读。针对不同专业、不同层次的学生，可以根据学生已有的专业基础知识，采用讲授和自学相结合的方式有选择地组织教学。本书加“*”号的章节可以根据需要进行选讲和自学，例如第3章、第7章和第9章的部分实例。
本书由董宁和陈振编写。在编写过程中得到了张宇河教授的支持和帮助，并提出许多宝贵意见。赵晓瑞、陈斯参加了部分插图整理工作。在此一并表示衷心地感谢！书末列出了部分参考书目，在此谨向参考过的列出和未列出书目的编著者致以衷心的感谢！
由于本书作者学识和水平有限，虽然尽力而为，但仍难免会有不妥和错误之处，敬请广大读者批评指正，并给予谅解。
作者
2016年12月于
北京理工大学
本书主要有以下特色：
（1） 密切结合工程实际，从应用的角度，全面系统地论述了计算机控制系统的结构、设计、实现等问题。理论深度适中，主要强调实际工程应用，使读者能更好地理解和掌握计算机控制的理论知识，并能用于解决实际计算机控制系统问题。
（2） 所举的工程实例具有典型性、代表性，内容既能体现传统技术又体现新技术的应用。通过具有不同代表性的多个典型实例，介绍不同典型计算机控制系统的构成原理、设计和分析方法。
（3） 在系统介绍传统方法的基础上，介绍计算机控制系统的自适应控制、滑模变结构控制、重复控制等。在介绍理论方法的同时，在实际工程中也得到了应用。对于计算机控制系统的电磁兼容和可靠性问题也进行了分析介绍，并给出了常用的一些解决方法。
本书共分为9章。第1章概述，主要介绍计算机控制系统的一般概念、组成、结构和发展概况。第2章通道接口技术，包括计算机对外围通道的控制、输入/输出通道的设计。第3章系统总线，主要介绍计算机控制系统中常用的几种总线。第4章数字PID控制器设计，主要介绍PID控制在计算机直接数字控制中的应用。第5章数字控制器的连续化设计方法，主要介绍按连续系统设计所得到的连续控制器，可通过哪些近似方法变换为离散控制器。第6章数字控制器的离散设计方法，主要介绍在离散域直接设计数字控制器常用的方法。第7章数字控制器的复杂控制规律设计方法，主要介绍自适应控制、滑模变结构控制、重复控制器等几种复杂控制器的设计。第8章计算机控制系统的电磁兼容性设计，主要介绍为保证计算机控制系统在复杂的干扰环境中能够稳定可靠地工作，经常采用的一些电磁兼容性设计方法。第9章计算机控制系统的设计与实现，主要介绍计算机控制系统的设计与实现的具体步骤，以及一些实际工程实例。
本书的第1版和第2版分别于1996年和2002年由北京理工大学出版社出版。每次出版，内容均有大幅度的更新。本书可供自动化、电气工程及其自动化、机械电子工程以及有关专业的本科生和研究生学习使用，也可供相关专业人员阅读。针对不同专业、不同层次的学生，可以根据学生已有的专业基础知识，采用讲授和自学相结合的方式有选择地组织教学。本书加“*”号的章节可以根据需要进行选讲和自学，例如第3章、第7章和第9章的部分实例。
本书由董宁和陈振编写。在编写过程中得到了张宇河教授的支持和帮助，并提出许多宝贵意见。赵晓瑞、陈斯参加了部分插图整理工作。在此一并表示衷心地感谢！书末列出了部分参考书目，在此谨向参考过的列出和未列出书目的编著者致以衷心的感谢！
由于本书作者学识和水平有限，虽然尽力而为，但仍难免会有不妥和错误之处，敬请广大读者批评指正，并给予谅解。
作者
2016年12月于
北京理工大学
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