本書從工程實(shí)用觀點(diǎn)出發(fā)，系統(tǒng)地講述了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本原理與技術(shù)實(shí)現(xiàn)問題，全書主要包括三部分內(nèi)容：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的接口設(shè)計(jì)及總線控制方式；計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)，包括常用的連續(xù)設(shè)計(jì)方法、離散設(shè)計(jì)方法，以及復(fù)雜控制規(guī)律的設(shè)計(jì)方法；計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的構(gòu)建及工程實(shí)現(xiàn)。
計(jì)算機(jī)控制廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、航空、航天、航海、核能和國(guó)防建設(shè)等部門，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)中起著重要的作用。近年來隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、控制技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制也發(fā)生了很大的變化，新的控制方法、新的控制思想和新的控制系統(tǒng)不斷出現(xiàn)，促進(jìn)了控制科學(xué)與工程的發(fā)展。教學(xué)上應(yīng)該將這些最新發(fā)展和進(jìn)步及時(shí)總結(jié)，使學(xué)生既能掌握傳統(tǒng)方法，又能掌握最新方法和設(shè)計(jì)思想。該書作者長(zhǎng)期從事相關(guān)的國(guó)家項(xiàng)目攻關(guān)、科學(xué)基金、橫向科研和教學(xué)工作，在總結(jié)近年的教學(xué)和科研成果的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地論述了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、原理、設(shè)計(jì)和應(yīng)用，既有理論分析又有應(yīng)用實(shí)例。本書覆蓋了工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、輸入/輸出接口與過程通道、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)控制算法、計(jì)算機(jī)控制軟件技術(shù)、通信、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)等內(nèi)容，以引導(dǎo)讀者按理論分析、仿真研究、工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)等循序漸進(jìn)地來進(jìn)行計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。
本書主要有以下特色：
（1） 密切結(jié)合工程實(shí)際，從應(yīng)用的角度，全面系統(tǒng)地論述了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)等問題。理論深度適中，主要強(qiáng)調(diào)實(shí)際工程應(yīng)用，使讀者能更好地理解和掌握計(jì)算機(jī)控制的理論知識(shí)，并能用于解決實(shí)際計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)問題。
（2） 所舉的工程實(shí)例具有典型性、代表性，內(nèi)容既能體現(xiàn)傳統(tǒng)技術(shù)又體現(xiàn)新技術(shù)的應(yīng)用。通過具有不同代表性的多個(gè)典型實(shí)例，介紹不同典型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的構(gòu)成原理、設(shè)計(jì)和分析方法。
（3） 在系統(tǒng)介紹傳統(tǒng)方法的基礎(chǔ)上，介紹計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的自適應(yīng)控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制、重復(fù)控制等。在介紹理論方法的同時(shí)，在實(shí)際工程中也得到了應(yīng)用。對(duì)于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的電磁兼容和可靠性問題也進(jìn)行了分析介紹，并給出了常用的一些解決方法。
本書共分為9章。第1章概述，主要介紹計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的一般概念、組成、結(jié)構(gòu)和發(fā)展概況。第2章通道接口技術(shù)，包括計(jì)算機(jī)對(duì)外圍通道的控制、輸入/輸出通道的設(shè)計(jì)。第3章系統(tǒng)總線，主要介紹計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中常用的幾種總線。第4章數(shù)字PID控制器設(shè)計(jì)，主要介紹PID控制在計(jì)算機(jī)直接數(shù)字控制中的應(yīng)用。第5章數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計(jì)方法，主要介紹按連續(xù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)所得到的連續(xù)控制器，可通過哪些近似方法變換為離散控制器。第6章數(shù)字控制器的離散設(shè)計(jì)方法，主要介紹在離散域直接設(shè)計(jì)數(shù)字控制器常用的方法。第7章數(shù)字控制器的復(fù)雜控制規(guī)律設(shè)計(jì)方法，主要介紹自適應(yīng)控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制、重復(fù)控制器等幾種復(fù)雜控制器的設(shè)計(jì)。第8章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的電磁兼容性設(shè)計(jì)，主要介紹為保證計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)在復(fù)雜的干擾環(huán)境中能夠穩(wěn)定可靠地工作，經(jīng)常采用的一些電磁兼容性設(shè)計(jì)方法。第9章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，主要介紹計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的具體步驟，以及一些實(shí)際工程實(shí)例。
本書的第1版和第2版分別于1996年和2002年由北京理工大學(xué)出版社出版。每次出版，內(nèi)容均有大幅度的更新。本書可供自動(dòng)化、電氣工程及其自動(dòng)化、機(jī)械電子工程以及有關(guān)專業(yè)的本科生和研究生學(xué)習(xí)使用，也可供相關(guān)專業(yè)人員閱讀。針對(duì)不同專業(yè)、不同層次的學(xué)生，可以根據(jù)學(xué)生已有的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，采用講授和自學(xué)相結(jié)合的方式有選擇地組織教學(xué)。本書加“*”號(hào)的章節(jié)可以根據(jù)需要進(jìn)行選講和自學(xué)，例如第3章、第7章和第9章的部分實(shí)例。
本書由董寧和陳振編寫。在編寫過程中得到了張宇河教授的支持和幫助，并提出許多寶貴意見。趙曉瑞、陳斯參加了部分插圖整理工作。在此一并表示衷心地感謝！書末列出了部分參考書目，在此謹(jǐn)向參考過的列出和未列出書目的編著者致以衷心的感謝！
由于本書作者學(xué)識(shí)和水平有限，雖然盡力而為，但仍難免會(huì)有不妥和錯(cuò)誤之處，敬請(qǐng)廣大讀者批評(píng)指正，并給予諒解。
作者
2016年12月于
北京理工大學(xué)
第1章 概述
1．1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的一般概念
1．2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成
1．2．1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件組成
1．2．2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件組成
1．3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式
1．3．1 操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)
1．3．2 直接數(shù)字控制系統(tǒng)
1．3．3 監(jiān)督控制系統(tǒng)
1．3．4 集散控制系統(tǒng)
1．3．5 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)
1．3．6 綜合自動(dòng)化系統(tǒng)
1．4 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展概況和發(fā)展趨勢(shì)
1．4．1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展概況
1．4．2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)
習(xí)題與思考題1
第2章 通道接口技術(shù)
2．1 計(jì)算機(jī)對(duì)外圍通道的控制
2．1．1 輸入/輸出指令
2．1．2 中斷
2．1．3 接口
2．2 模擬量輸出通道
2．2．1 D/A轉(zhuǎn)換原理
2．2．2 D/A轉(zhuǎn)換器的技術(shù)參數(shù)
2．2．3 集成D/A轉(zhuǎn)換器及其接口技術(shù)
2．2．4 雙極性模擬量輸出的實(shí)現(xiàn)
2．2．5 模擬量輸出通道的結(jié)構(gòu)形式
2．2．6 多路開關(guān)
2．2．7 采樣保持器
2．2．8 模擬量輸出通道舉例
2．3 模擬量輸入通道
2．3．1 A/D轉(zhuǎn)換原理
2．3．2 A/D轉(zhuǎn)換器的技術(shù)參數(shù)
2．3．3 集成A/D轉(zhuǎn)換器
2．3．4 可編程數(shù)據(jù)放大器
2．3．5 軸角/數(shù)字轉(zhuǎn)換器
2．4 數(shù)字量輸入/輸出通道
2．4．1 數(shù)字量輸入通道
2．4．2 數(shù)字量輸出通道
2．4．3 數(shù)字量接口的典型應(yīng)用
習(xí)題與思考題2
*第3章 系統(tǒng)總線
3．1 總線的一般概念
3．1．1 總線的分類
3．1．2 總線的特性及性能指標(biāo)
3．1．3 總線標(biāo)準(zhǔn)
3．1．4 總線控制方法
3．1．5 總線結(jié)構(gòu)
3．1．6 標(biāo)準(zhǔn)總線的優(yōu)點(diǎn)
3．2 常用的內(nèi)部總線
3．2．1 STD總線
3．2．2 IBM PC/XT/AT總線
3．2．3 MCA總線
3．2．4 EISA總線
3．2．5 PCI總線
3．3 常用外總線
3．3．1 RS-232C總線
3．3．2 RS-422總線
3．3．3 USB總線
3．3．4 IEEE1394
3．4 現(xiàn)場(chǎng)總線
3．4．1 現(xiàn)場(chǎng)總線的定義和特點(diǎn)
3．4．2 現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議模式
3．4．3 現(xiàn)場(chǎng)總線分類
3．5 總線模板舉例
3．5．1 主要技術(shù)指標(biāo)
3．5．2 工作原理
習(xí)題與思考題3
第4章 數(shù)字PID控制器設(shè)計(jì)
4．1 數(shù)字PID算法
4．1．1 模擬PID控制器
4．1．2 數(shù)字PID控制器
4．2 數(shù)字PID控制器的參數(shù)整定
4．2．1 采樣周期的選擇
4．2．2 實(shí)驗(yàn)試湊法確定PID控制參數(shù)
4．2．3 實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)法確定PID控制參數(shù)
4．3 數(shù)字PID控制器的改進(jìn)算法
4．3．1 積分算法的改進(jìn)
4．3．2 微分算法的改進(jìn)
4．3．3 其他PID控制算法
習(xí)題與思考題4
第5章 數(shù)字控制器的連續(xù)設(shè)計(jì)方法
5．1 使用連續(xù)化設(shè)計(jì)方法的條件
5．2 連續(xù)化設(shè)計(jì)步驟
5．3 D(s )的離散化方法
5．3．1 脈沖響應(yīng)不變法
5．3．2 階躍響應(yīng)不變法
5．3．3 差分變換法
5．3．4 雙線性變換法
5．3．5 頻率預(yù)畸變的雙線性變換法
5．3．6 極點(diǎn)零點(diǎn)對(duì)應(yīng)法
5．4 各種離散化方法的比較
5．5 設(shè)計(jì)舉例
習(xí)題與思考題5
第6章 數(shù)字控制器的離散設(shè)計(jì)方法
6．1 解析設(shè)計(jì)法
6．1．1 最少拍系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
6．1．2 無紋波最少拍系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
6．1．3 最少拍系統(tǒng)的討論
6．2 根軌跡設(shè)計(jì)法
6．2．1 z平面的根軌跡
6．2．2 z平面極點(diǎn)位置與動(dòng)態(tài)響應(yīng)的關(guān)系
6．2．3 系統(tǒng)性能指標(biāo)與z平面極點(diǎn)位置的關(guān)系
6．2．4 設(shè)計(jì)舉例
6．3 頻率響應(yīng)設(shè)計(jì)法
6．3．1 雙線性變換和w平面
6．3．2 w平面設(shè)計(jì)步驟
6．3．3 設(shè)計(jì)舉例
6．4 純滯后控制技術(shù)
6．4．1 Smith預(yù)估控制
6．4．2 大林算法
6．5 狀態(tài)空間設(shè)計(jì)法
6．5．1 單輸入單輸出的二階系統(tǒng)
6．5．2 多輸入多輸出快速系統(tǒng)設(shè)計(jì)
習(xí)題與思考題6
*第7章 數(shù)字控制器的復(fù)雜控制規(guī)律設(shè)計(jì)方法
7．1 自適應(yīng)控制技術(shù)
7．1．1 自適應(yīng)控制的產(chǎn)生
7．1．2 自適應(yīng)控制的定義
7．1．3 自適應(yīng)控制的基本原理和類型
7．1．4 局部參數(shù)最優(yōu)化理論
7．2 滑模變結(jié)構(gòu)控制
7．2．1 滑模變結(jié)構(gòu)控制原理
7．2．2 二階系統(tǒng)開關(guān)控制
7．2．3 滑動(dòng)模態(tài)
7．2．4 伺服系統(tǒng)滑模控制器設(shè)計(jì)
7．3 重復(fù)控制器的設(shè)計(jì)
7．3．1 重復(fù)控制原理
7．3．2 重復(fù)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性
7．3．3 重復(fù)控制器設(shè)計(jì)
習(xí)題與思考題7
第8章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的電磁兼容性設(shè)計(jì)
8．1 電磁兼容性的概述
8．2 噪聲源
8．3 噪聲抑制技術(shù)
8．3．1 屏蔽
8．3．2 接地
8．3．3 去耦
8．3．4 隔離
8．4 數(shù)字信號(hào)的傳輸
8．5 電源系統(tǒng)的抗干擾措施
8．6 CPU抗干擾措施
習(xí)題與思考題8
第9章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
9．1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則與步驟
9．1．1 設(shè)計(jì)原則
9．1．2 設(shè)計(jì)步驟
9．2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過程
9．2．1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的可行性論證
9．2．2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)
*9．3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)例
9．3．1 飛行仿真頭位跟蹤視景顯示系統(tǒng)
9．3．2 機(jī)械臂控制系統(tǒng)
9．3．3 三軸轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)
附錄A z變換簡(jiǎn)表
參考文獻(xiàn)
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