计算机控制系统

《计算机控制系统》课后答案

  • 大小:19.3 MB
  • 类型:习题答案
  • 格式:PDF
  • 出版:清华大学出版社
  • 作者:高金源、夏洁
  • 更新:2022-06-22 08:52:29
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本书系统地讲述计算机控制系统基本原理与实现技术问题。全书共10章,分为三部分:(1)计算机控制的基础理论,包括计算机控制概述、系统信号分析、计算机控制系统数学描述、离散系统分析; (2)计算机控制系统设计,包括连续域离散化设计、直接离散域设计(如根轨迹设计、w′域设计)和状态空间设计等; (3)计算机控制系统工程实现技术,包括计算机控制系统的构建、工程实现的某些问题(如量化误差分析、采样周期的选取以及抗干扰和可靠性等)、嵌入式系统、可编程控制器、集散控制系统、总线控制系统及控制网络系统。最后一章介绍了三个应用实例。书末附有z变换的常用表,全书各章的习题均放在附录中。在所附光盘中,给出本书所涉及的MATLAB常用指令表和符号语言工具箱、部分习题解答、基于本书内容的教师用电子教案。

本书可作为高等学校自动控制(自动化)、电气工程、仪器仪表及机电一体化专业的教材,也可作为研究生教学的基础教材,同时也是有关工程技术人员的有用参考资料。

目录

  • 第1章计算机控制导论1
  • 1.1计算机控制系统概述1
  • 1.1.1计算机控制系统组成1
  • 1.1.2计算机控制系统特点4
  • 1.1.3计算机控制系统优点4
  • 1.2计算机控制系统的发展与应用6
  • 1.2.1计算机控制系统发展概述6
  • 1.2.2计算机控制系统应用与分类8
  • 1.3计算机控制系统的理论与设计问题12
  • 1.3.1计算机控制系统的理论问题12
  • 1.3.2计算机控制系统的设计与实现15
  • 本章小结17
  • 第2章计算机控制系统信号分析18
  • 2.1控制系统中信号分类18
  • 2.1.1A/D变换20
  • 2.1.2D/A变换21
  • 2.1.3计算机控制系统中信号的分类22
  • 2.2理想采样过程的数学描述及特性分析23
  • 2.2.1采样过程的描述23
  • 2.2.2理想采样信号的时域描述24
  • 2.2.3理想采样信号的复域描述26
  • 2.2.4理想采样信号的频域描述29
  • 2.2.5采样定理34
  • 2.2.6前置滤波器37
  • 2.3信号的恢复与重构39
  • 2.3.1理想恢复过程39
  • 2.3.2非理想恢复过程40
  • 2.3.3零阶保持器41
  • 2.3.4后置滤波43
  • 2.4信号的整量化43
  • 2.5计算机控制系统简化结构44
  • 本章小结45
  • 第3章计算机控制系统的数学描述47
  • 3.1离散系统的时域描述——差分方程47
  • 3.1.1差分的定义47
  • 3.1.2差分方程48
  • 3.1.3线性常系数差分方程的迭代求解49
  • 3.2z变换50
  • 3.2.1z变换的定义50
  • 3.2.2z变换的基本定理53
  • 3.2.3求z变换及反变换的方法56
  • 3.2.4差分方程的z变换解法61
  • 3.3脉冲传递函数61
  • 3.3.1脉冲传递函数定义61
  • 3.3.2脉冲传递函数特性62
  • 3.3.3差分方程与脉冲传递函数63
  • 3.4离散系统的方块图分析64
  • 3.4.1环节连接的等效变换65
  • 3.4.2闭环反馈系统脉冲传递函数67
  • 3.4.3计算机控制系统的闭环脉冲传递函数69
  • 3.4.4干扰作用时闭环系统的输出72
  • 3.5离散系统的频域描述73
  • 3.5.1离散系统频率特性的定义73
  • 3.5.2离散系统频率特性的计算73
  • 3.5.3离散系统频率特性的特点77
  • 3.6离散系统的状态空间描述81
  • 3.6.1由差分方程建立离散状态方程81
  • 3.6.2由脉冲传递函数建立离散状态方程83
  • 3.6.3计算机控制系统状态方程85
  • 3.6.4离散状态方程求解89
  • 3.6.5脉冲传递函数阵90
  • 3.7应用实例90
  • 本章小结95
  • 第4章计算机控制系统分析97
  • 4.1s平面和z平面之间的映射97
  • 4.1.1s平面和z平面的基本映射关系97
  • 4.1.2s平面上等值线在z平面的映射101
  • 4.2稳定性分析103
  • 4.2.1离散系统的稳定条件104
  • 4.2.2稳定性的检测105
  • 4.2.3采样周期与系统稳定性108
  • 4.3稳态误差分析109
  • 4.3.1离散系统稳态误差的定义109
  • 4.3.2离散系统稳态误差的计算110
  • 4.3.3采样周期对稳态误差的影响113
  • 4.4时域特性分析115
  • 4.4.1离散系统动态特性指标的提法及限制条件115
  • 4.4.2极点零点位置与时间响应的关系116
  • 4.4.3采样系统动态响应的计算120
  • 4.5频域特性分析121
  • 4.5.1频域系统稳定性的分析121
  • 4.5.2相对稳定性的检验123
  • 4.6应用实例124
  • 本章小结126
  • 第5章计算机控制系统的经典设计方法128
  • 5.1连续域—离散化设计128
  • 5.1.1设计原理和步骤128
  • 5.1.2各种离散化方法130
  • 5.2数字PID控制器设计156
  • 5.2.1数字PID基本算法156
  • 5.2.2数字PID控制算法改进159
  • 5.2.3PID调节参数的整定164
  • 5.3控制系统z平面设计性能指标要求167
  • 5.3.1时域性能指标要求167
  • 5.3.2频域性能指标要求169
  • 5.4z平面根轨迹设计170
  • 5.4.1z平面根轨迹170
  • 5.4.2z平面根轨迹设计方法172
  • 5.5w′变换及频率域设计178
  • 5.5.1w′变换178
  • 5.5.2w′域设计法182
  • 5.5.3设计举例182
  • 本章小结187
  • 第6章计算机控制系统状态空间设计189
  • 6.1离散系统状态空间描述的基本特性190
  • 6.1.1可控性与可达性190
  • 6.1.2可观性194
  • 6.1.3可控性及可观性某些问题的说明196
  • 6.1.4采样系统可控可观性与采样周期的关系198
  • 6.2状态反馈控制律的极点配置设计200
  • 6.2.1状态反馈控制201
  • 6.2.2单输入系统的极点配置203
  • 6.2.3多输入系统的极点配置208
  • 6.3状态观测器设计209
  • 6.3.1系统状态的开环估计209
  • 6.3.2全阶状态观测器设计210
  • 6.3.3降维状态观测器216
  • 6.4调节器设计(控制律与观测器的组合)217
  • 6.4.1调节器设计分离原理218
  • 6.4.2调节器系统的控制器218
  • 6.4.3控制律及观测器极点选择219
  • 6.5最优二次型设计222
  • 6.5.1概述222
  • 6.5.2无限时间离散最优二次型223
  • 6.5.3采样系统最优二次型设计225
  • 6.5.4离散最优二次型调节器228
  • 本章小结229
  • 第7章计算机控制系统组建以及实现技术230
  • 7.1硬件组成及输入输出接口231
  • 7.1.1控制用计算机系统的硬件要求232
  • 7.1.2控制用计算机的选择235
  • 7.1.3计算机控制系统的模拟输出通道237
  • 7.1.4计算机控制系统的模拟输入通道242
  • 7.1.5计算机控制系统的数字输入输出通道248
  • 7.1.6信号的调理250
  • 7.1.7总线技术251
  • 7.2系统测试信号的处理256
  • 7.2.1测试信号的滤波256
  • 7.2.2测试信号的线性化处理259
  • 7.3计算机控制系统的实时软件设计260
  • 7.3.1软件的分类260
  • 7.3.2实时控制程序设计语言的选用262
  • 7.3.3实时控制软件的设计263
  • 7.4控制算法的编排实现266
  • 7.4.1控制算法的编排结构266
  • 7.4.2比例因子的配置268
  • 7.5量化效应分析272
  • 7.5.1有限字长二进制特性273
  • 7.5.2计算机控制系统中的量化277
  • 7.5.3量化误差分析277
  • 7.5.4量化效应的非线性分析281
  • 7.5.5控制算法δ变换描述284
  • 7.6采样频率的选取286
  • 7.6.1采样频率对系统性能的影响286
  • 7.6.2选择采样频率的经验规则289
  • 7.6.3多采样频率配置290
  • 7.7计算机控制系统的抗干扰及可靠性技术291
  • 7.7.1干扰源及抗干扰措施291
  • 7.7.2提高系统可靠性的措施297
  • 本章小结301
  • 第8章嵌入式系统及可编程控制器303
  • 8.1嵌入式系统303
  • 8.1.1概述303
  • 8.1.2软硬件协同设计技术307
  • 8.1.3实时操作系统310
  • 8.1.4嵌入式系统的开发316
  • 8.1.5嵌入式控制系统设计实例324
  • 8.2可编程控制器(PLC)327
  • 8.2.1概述327
  • 8.2.2PLC的结构和工作原理331
  • 8.2.3PLC常用编程语言337
  • 8.2.4PLC的应用实例342
  • 8.2.5PLC的网络系统347
  • 本章小结350
  • 第9章控制网络系统及网络控制技术351
  • 9.1集散控制系统352
  • 9.1.1概述352
  • 9.1.2功能分层体系及基本结构354
  • 9.1.3集散控制系统的组态性362
  • 9.2现场总线控制系统366
  • 9.2.1概述367
  • 9.2.2现场总线类型371
  • 9.2.3典型应用系统构成380
  • 9.3以太控制网络系统385
  • 9.3.1控制网络的技术基础387
  • 9.3.2以太控制网络系统的组成及其特点392
  • 9.3.3以太网用于工业现场的关键技术393
  • 9.4控制网络与管理网络集成技术397
  • 9.4.1网络互联技术398
  • 9.4.2动态数据交换技术398
  • 9.4.3远程通信技术399
  • 9.4.4数据库访问技术400
  • 9.5网络控制系统及其时间同步401
  • 9.5.1网络控制系统定义及存在问题401
  • 9.5.2传输延迟的分析402
  • 9.5.3网络控制的时钟同步403
  • 9.6闭环网络控制系统分析405
  • 9.6.1基于事件驱动的稳定性分析406
  • 9.6.2基于时间驱动的稳定性分析408
  • 9.7闭环网络控制系统的控制器设计方法410
  • 9.7.1确定性控制设计方法410
  • 9.7.2存在问题412
  • 本章小结413
  • 第10章计算机控制系统设计与应用实例414
  • 10.1双摆实验系统的计算机控制设计与实现414
  • 10.1.1双摆实验控制系统介绍415
  • 10.1.2双摆控制系统的整体方案416
  • 10.1.3双摆系统数学建模417
  • 10.1.4系统控制器设计420
  • 10.1.5软件设计423
  • 10.1.6闭环控制实验结果423
  • 10.2转台计算机伺服控制系统设计426
  • 10.2.1转台系统介绍427
  • 10.2.2三轴测试转台的总体控制结构428
  • 10.2.3转台单框的数学模型429
  • 10.2.4转台单框控制回路设计429
  • 10.2.5控制系统软件设计432
  • 10.2.6控制律及仿真结构434
  • 10.2.7实际控制效果434
  • 10.3民用机场供油集散系统435
  • 10.3.1民用机场供油系统工艺简介435
  • 10.3.2机场供油系统的总体结构436
  • 10.3.3网络设计438
  • 10.3.4功能设计438
  • 10.3.5硬件设计439
  • 10.3.6软件设计440
  • 10.3.7实际应用441
  • 本章小结444
  • 附录Az变换表445
  • 附录B习题448
  • 参考文献479

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