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计算机控制基础 第3版(“十二五”国家重点图书出版规划项目)

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计算机控制基础 第3版(“十二五”国家重点图书出版规划项目)
作者:李嗣福等(编著)

图书详细信息:
ISBN:978-7-312-03550-0
估价:51.00元
版本:3
装帧:平装
预计出版年月:201407
丛书名称:中国科学技术大学精品教材

图书简介:
  本书系统地阐述了计算机控制系统分析、设计与工程实现的基本理论和方法,以及模型预测控制的基本原理和算法。全书共8章,主要内容有:信号转换与Z变换、计算机控制系统数学描述、动态分析、基于输入输出模型设计、基于状态空间模型设计、模型预测控制算法及设计和计算机控制系统的工程实现技术。其中,“模型预测控制算法及设计”一章系统讲述基于系统时间响应序列(即系统单位脉冲或单位阶跃响应序列)的各种模型预测控制算法及其设计方法,也包括一些作者多年来在这方面的研究成果。模型预测控制是20世纪70年代末发展起来的一类新型的最具适用意义和广泛应用前景的计算机控制策略。这章内容也是本书有别于同类教材的一个重要特点。
  本书可作为高等学校自动化和电子技术及相关专业的本科生、研究生教材,也可供有关科技人员和教师参考。
前言:
 
第3版前言
 
 
 
  《计算机控制基础》一书于2001年出版,2006年修订出了第2版。十多年来,这本书在有关计算机控制基本理论及技术的教学以及相关知识传播和学术研究等方面发挥了积极的作用,产生了较好的社会效益。第2版图书业已售完,出版社拟将其修订出第3版。适逢2012年中国科学技术大学为了加强教材建设,由校教务处、研究生院和出版社联合组织学校年度精品教材出版项目。经评审,本书列入了该出版项目,并获得一定的经费支持。作者对此深感荣幸,并按该出版项目的要求,十分认真地对本书的第2版进行了重新修订,以使第3版无愧为中国科学技术大学的精品教材。
  这次修订,考虑到本书的第8章内容所涉及的计算机硬件和软件技术发展变化很大,原有很多内容相对陈旧过时,所以着重对第8章的内容作了大幅的修改。将其中8.1节改为计算机控制系统工程实现的步骤及其任务;将其8.2节改为重点讲述单机集中式和多机分布式(即集散系统)计算机控制系统的结构及其特点;在其8.3节软件实现中,增加了控制算法的实现和减少在线计算产生时延的方法;将其8.4节硬件实现改为着重系统讲述单机集中式计算机控制系统的主要部件的结构及其技术要求以及设计选择的准则和依据。除此之外,对第1章也作了少量修改,在1.1节末,增加了一段关于计算机控制系统中的各种信号的说明;同时在其中增加了1.3节有关计算机控制系统分析设计理论的简要介绍,以使读者在学习本课程前对计算机控制的基本理论有一个整体概括的了解,以便在学习后面各章具体理论知识时,易于从理论整体高度加深理解。其余各章均未作较大的改动,仅个别地方因叙述不清或不够严谨,重新作了一些修改或补充说明。
  在这次修订工作中,中国科学技术大学自动化系薛美盛老师给予很多支持和帮助,提供了不少非常好的参考文献资料,在此深表感谢。
  这次修订改动最多的第8章原是以作者学生陈忠保博士为主编写的,因他移居海外多年,不能参与修订,只能由作者自己执笔修订。但这章相关知识非作者所长,作者在此方面的水平十分有限,所以难免会有不妥和错误之处,因此真诚欢迎读者不吝赐教指正。
 
李嗣福
2014年1月16日
于中国科学技术大学
目录:
总序(ⅰ)
第3版前言(ⅲ)
第2版前言(ⅴ)
前言(ⅶ)
第1章计算机控制系统概述(1)
1.1计算机控制系统的组成(1)
1.1.1计算机反馈控制系统及其中信号类型(1)
1.1.2计算机控制系统的组成(3)
1.2计算机控制系统的类型和特点(5)
1.2.1计算机控制系统的类型(5)
1.2.2计算机控制的主要特点(8)
1.3计算机控制系统的分析设计理论简介(9)
1.4计算机控制的发展概况及趋势(12)
习题(14)
第2章信号转换与Z变换(15)
2.1数字信号和A/D转换(15)
2.2采样信号(19)
2.2.1理想采样信号(19)
2.2.2实际采样信号(22)
2.2.3采样信号分析(23)
2.3采样定理与采样周期选取(26)
2.3.1采样定理(26)
2.3.2重构公式说明(27)
2.3.3采样周期T选取(29)
2.4信号恢复与保持器(32)
2.4.1零阶保持器特性分析(33)
2.4.2一阶保持器特性分析(35)
2.5Z变换(37)
2.5.1采样信号拉氏变换(37)
2.5.2Z变换定义与说明(41)
2.5.3Z平面与S平面的映射关系(44)
2.6Z变换性质、定理和Z变换及其反变换求法(45)
2.6.1Z变换基本性质和定理(45)
2.6.2Z变换求法(51)
2.6.3Z反变换(55)
2.7修正Z变换(61)
2.7.1修正Z变换定义(61)
2.7.2求修正Z变换的方法(62)
习题(64)
第3章计算机控制系统数学描述(67)
3.1离散系统与差分方程(68)
3.1.1离散系统有关定义(68)
3.1.2差分方程(68)
3.1.3差分方程求解(70)
3.2Z传递函数(74)
3.2.1Z传递函数定义(74)
3.2.2Z传递函数与差分方程相互转换(75)
3.2.3Z传递函数与单位脉冲响应序列的相互转换(76)
3.3离散系统的状态空间表示式(79)
3.3.1动态系统的状态空间描述(79)
3.3.2由差分方程求离散系统状态空间表示式(81)
3.3.3由Z传递函数求离散系统状态空间表示式(87)
3.3.4状态线性变换与状态空间表示式的规范型(95)
3.3.5离散状态方程的求解(99)
3.3.6离散系统的特征方程(100)
3.4计算机控制系统连续部分的离散化状态空间表示式(100)
3.5计算机控制系统的Z传递函数(103)
3.5.1数字部分的Z传递函数(104)
3.5.2连续部分的Z传递函数(104)
3.5.3计算机控制系统的闭环Z传递函数(106)
习题(109)
第4章计算机控制系统特性分析(111)
4.1计算机控制系统稳定性分析(111)
4.1.1离散系统稳定性及稳定条件(111)
4.1.2离散系统代数稳定性判据(114)
4.1.3离散系统频率特性与奈氏(Nyquist)稳定性判据(119)
4.1.4离散系统李亚普诺夫稳定性判据(121)
4.2计算机控制系统的稳态误差分析(124)
4.2.1计算机控制系统的稳态误差与稳态误差系数(125)
4.2.2计算机控制系统的误差级数与动态误差系数(129)
4.2.3计算机控制系统对干扰输入的稳态误差(131)
4.3计算机控制系统的暂态响应分析(132)
4.3.1Z平面上极点分布与暂态响应的关系(132)
4.3.2采样周期T对暂态响应特性的影响(137)
4.3.3计算机控制系统的连续输出响应的计算(141)
4.3.4含有延迟的计算机控制系统的输出响应(144)
4.3.5非同步采样和信号转换延迟的处理(144)
4.4双速率采样控制系统分析(146)
4.4.1开关分解Z域分析法(146)
4.4.2串级双速率采样控制系统时域分析法(148)
习题(151)
第5章计算机控制系统基于输入输出模型设计法(153)
5.1连续化设计和模拟控制器离散化(154)
5.1.1连续化设计(154)
5.1.2模拟控制器的离散化(156)
5.2数字PID控制(165)
5.2.1理想PID控制(166)
5.2.2实际PID控制(167)
5.2.3数字PID控制改进算法(169)
5.2.4Smith预估补偿PID控制(172)
5.2.5数字PID控制算法参数的整定(174)
5.3根轨迹和伯德(Bode)图设计法(177)
5.3.1根轨迹设计法(177)
5.3.2伯德图设计法(178)
5.4极点配置设计法(180)
5.4.1单位反馈控制系统的极点配置设计(180)
5.4.2复合控制系统的极点配置设计(184)
5.4.3大林(Dahlin)控制器设计(192)
5.5最少拍控制系统的设计(193)
5.5.1最少拍控制系统的设计(194)
5.5.2最少拍无纹波控制系统的设计(204)
5.5.3最少拍无纹波复合控制系统的设计(209)
5.5.4卡尔曼(Kalman)控制器设计(212)
5.6计算机控制系统的最优化设计(214)
5.6.1随机干扰模型(215)
5.6.2最小方差控制(220)
5.6.3广义最小方差控制(226)
5.7自校正控制器的设计(229)
5.7.1系统参数辨识的最小二乘法(230)
5.7.2最小方差自校正控制器的设计(238)
习题(242)
第6章计算机控制系统的状态空间设计法(245)
6.1系统的能控性和能观性(245)
6.1.1系统的能控性及其判别(246)
6.1.2系统的能观性及其判别(247)
6.2状态反馈极点配置设计法(249)
6.2.1状态反馈律设计(250)
6.2.2给定输入不为零系统的控制律设计(259)
6.2.3重构状态反馈控制系统闭环分析(262)
6.3状态观测器设计(265)
6.3.1全阶观测器及其设计(265)
6.3.2降阶观测器及其设计(270)
6.3.3最优观测器——Kalman滤波器(271)
6.4基于二次型性能指标状态反馈最优化设计(276)
6.4.1二次型性能指标函数及其最优化控制问题(276)
6.4.2线性二次型最优调节问题的求解(277)
6.4.3线性二次型稳态最优控制(283)
6.4.4线性随机系统二次型最优控制(285)
习题(286)
第7章模型预测控制算法及设计(289)
7.1概述(289)
7.2MPC的基本算法(295)
7.2.1MAC(模型算法控制)的基本算法(295)
7.2.2IMAC(增量模型算法控制)的基本算法(300)
7.2.3DMC(动态矩阵控制)的基本算法(303)
7.2.4GPC(广义预测控制)的基本算法(308)
7.3MPC系统的内模控制结构及其分析(315)
7.3.1内模控制及其基本特征(315)
7.3.2单步预测MAC系统的内模控制结构及其分析(319)
7.3.3多步预测MAC系统的内模控制结构及其分析(323)
7.4MPC算法的预测状态空间形式(328)
7.4.1MAC算法的预测状态空间形式(328)
7.4.2DMC算法的预测状态空间形式(337)
7.4.3GPC算法的预测状态空间形式(341)
7.4.4无自平衡系统的MAC和DMC算法(345)
7.4.5可减小模型截断误差的MAC和DMC改进算法(347)
7.5多变量系统的MPC算法(352)
7.5.1多变量DMC集中预测集中优化算法(352)
7.5.2多变量DMC分散预测分散优化算法(355)
7.6基于Laguerre函数模型的预测控制(361)
7.6.1动态系统的Laguerre函数模型(361)
7.6.2预测控制算法(368)
习题(370)
第8章计算机控制系统的工程实现(372)
8.1计算机控制系统工程实现的步骤及其任务(372)
8.2计算机控制系统的结构(377)
8.2.1集中式计算机控制系统的结构(377)
8.2.2分布式计算机控制系统及其结构(378)
8.2.3现场总线式计算机控制系统及其结构(380)
8.3计算机控制系统的软件实现(386)
8.3.1概述(386)
8.3.2人机界面的要求和实现(387)
8.3.3数据管理和数据通信(391)
8.3.4数据输入和输出(393)
8.3.5控制器的算法实现及其计算时延减少(394)
8.4计算机控制系统的硬件实现(398)
8.4.1控制计算机硬件系统的技术要求(398)
8.4.2控制机主机的选择(400)
8.4.3模拟输出通道及D/A选择(401)
8.4.4模拟输入通道及A/D选择(403)
8.4.5数字输入输出通道的实现(404)
8.5计算机控制系统的抗干扰技术(405)
8.5.1干扰源(405)
8.5.2干扰的耦合方式(406)
8.5.3干扰的抑制(407)
8.5.4系统供电技术(409)
习题(411)
参考文献(412)


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