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計算機控制基礎 第3版(“十二五”國家重點圖書出版規劃項目)

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計算機控制基礎 第3版(“十二五”國家重點圖書出版規劃項目)
作者:李嗣福等(編著)

圖書詳細信息:
ISBN:978-7-312-03550-0
估價:51.00元
版本:3
裝幀:平裝
預計出版年月:201407
叢書名稱:中國科學技術大學精品教材

圖書簡介:
  本書系統地闡述了計算機控制系統分析、設計與工程實現的基本理論和方法,以及模型預測控制的基本原理和算法。全書共8章,主要內容有:信號轉換與Z變換、計算機控制系統數學描述、動態分析、基于輸入輸出模型設計、基于狀態空間模型設計、模型預測控制算法及設計和計算機控制系統的工程實現技術。其中,“模型預測控制算法及設計”一章系統講述基于系統時間響應序列(即系統單位脈沖或單位階躍響應序列)的各種模型預測控制算法及其設計方法,也包括一些作者多年來在這方面的研究成果。模型預測控制是20世紀70年代末發展起來的一類新型的最具適用意義和廣泛應用前景的計算機控制策略。這章內容也是本書有別于同類教材的一個重要特點。
  本書可作為高等學校自動化和電子技術及相關專業的本科生、研究生教材,也可供有關科技人員和教師參考。
前言:
 
第3版前言
 
 
 
  《計算機控制基礎》一書于2001年出版,2006年修訂出了第2版。十多年來,這本書在有關計算機控制基本理論及技術的教學以及相關知識傳播和學術研究等方面發揮了積極的作用,產生了較好的社會效益。第2版圖書業已售完,出版社擬將其修訂出第3版。適逢2012年中國科學技術大學為了加強教材建設,由校教務處、研究生院和出版社聯合組織學校年度精品教材出版項目。經評審,本書列入了該出版項目,并獲得一定的經費支持。作者對此深感榮幸,并按該出版項目的要求,十分認真地對本書的第2版進行了重新修訂,以使第3版無愧為中國科學技術大學的精品教材。
  這次修訂,考慮到本書的第8章內容所涉及的計算機硬件和軟件技術發展變化很大,原有很多內容相對陳舊過時,所以著重對第8章的內容作了大幅的修改。將其中8.1節改為計算機控制系統工程實現的步驟及其任務;將其8.2節改為重點講述單機集中式和多機分布式(即集散系統)計算機控制系統的結構及其特點;在其8.3節軟件實現中,增加了控制算法的實現和減少在線計算產生時延的方法;將其8.4節硬件實現改為著重系統講述單機集中式計算機控制系統的主要部件的結構及其技術要求以及設計選擇的準則和依據。除此之外,對第1章也作了少量修改,在1.1節末,增加了一段關于計算機控制系統中的各種信號的說明;同時在其中增加了1.3節有關計算機控制系統分析設計理論的簡要介紹,以使讀者在學習本課程前對計算機控制的基本理論有一個整體概括的了解,以便在學習后面各章具體理論知識時,易于從理論整體高度加深理解。其余各章均未作較大的改動,僅個別地方因敘述不清或不夠嚴謹,重新作了一些修改或補充說明。
  在這次修訂工作中,中國科學技術大學自動化系薛美盛老師給予很多支持和幫助,提供了不少非常好的參考文獻資料,在此深表感謝。
  這次修訂改動最多的第8章原是以作者學生陳忠保博士為主編寫的,因他移居海外多年,不能參與修訂,只能由作者自己執筆修訂。但這章相關知識非作者所長,作者在此方面的水平十分有限,所以難免會有不妥和錯誤之處,因此真誠歡迎讀者不吝賜教指正。
 
李嗣福
2014年1月16日
于中國科學技術大學
目錄:
總序(?。?/div>
第3版前言(ⅲ)
第2版前言(ⅴ)
前言(ⅶ)
第1章計算機控制系統概述(1)
1.1計算機控制系統的組成(1)
1.1.1計算機反饋控制系統及其中信號類型(1)
1.1.2計算機控制系統的組成(3)
1.2計算機控制系統的類型和特點(5)
1.2.1計算機控制系統的類型(5)
1.2.2計算機控制的主要特點(8)
1.3計算機控制系統的分析設計理論簡介(9)
1.4計算機控制的發展概況及趨勢(12)
習題(14)
第2章信號轉換與Z變換(15)
2.1數字信號和A/D轉換(15)
2.2采樣信號(19)
2.2.1理想采樣信號(19)
2.2.2實際采樣信號(22)
2.2.3采樣信號分析(23)
2.3采樣定理與采樣周期選?。?6)
2.3.1采樣定理(26)
2.3.2重構公式說明(27)
2.3.3采樣周期T選?。?9)
2.4信號恢復與保持器(32)
2.4.1零階保持器特性分析(33)
2.4.2一階保持器特性分析(35)
2.5Z變換(37)
2.5.1采樣信號拉氏變換(37)
2.5.2Z變換定義與說明(41)
2.5.3Z平面與S平面的映射關系(44)
2.6Z變換性質、定理和Z變換及其反變換求法(45)
2.6.1Z變換基本性質和定理(45)
2.6.2Z變換求法(51)
2.6.3Z反變換(55)
2.7修正Z變換(61)
2.7.1修正Z變換定義(61)
2.7.2求修正Z變換的方法(62)
習題(64)
第3章計算機控制系統數學描述(67)
3.1離散系統與差分方程(68)
3.1.1離散系統有關定義(68)
3.1.2差分方程(68)
3.1.3差分方程求解(70)
3.2Z傳遞函數(74)
3.2.1Z傳遞函數定義(74)
3.2.2Z傳遞函數與差分方程相互轉換(75)
3.2.3Z傳遞函數與單位脈沖響應序列的相互轉換(76)
3.3離散系統的狀態空間表示式(79)
3.3.1動態系統的狀態空間描述(79)
3.3.2由差分方程求離散系統狀態空間表示式(81)
3.3.3由Z傳遞函數求離散系統狀態空間表示式(87)
3.3.4狀態線性變換與狀態空間表示式的規范型(95)
3.3.5離散狀態方程的求解(99)
3.3.6離散系統的特征方程(100)
3.4計算機控制系統連續部分的離散化狀態空間表示式(100)
3.5計算機控制系統的Z傳遞函數(103)
3.5.1數字部分的Z傳遞函數(104)
3.5.2連續部分的Z傳遞函數(104)
3.5.3計算機控制系統的閉環Z傳遞函數(106)
習題(109)
第4章計算機控制系統特性分析(111)
4.1計算機控制系統穩定性分析(111)
4.1.1離散系統穩定性及穩定條件(111)
4.1.2離散系統代數穩定性判據(114)
4.1.3離散系統頻率特性與奈氏(Nyquist)穩定性判據(119)
4.1.4離散系統李亞普諾夫穩定性判據(121)
4.2計算機控制系統的穩態誤差分析(124)
4.2.1計算機控制系統的穩態誤差與穩態誤差系數(125)
4.2.2計算機控制系統的誤差級數與動態誤差系數(129)
4.2.3計算機控制系統對干擾輸入的穩態誤差(131)
4.3計算機控制系統的暫態響應分析(132)
4.3.1Z平面上極點分布與暫態響應的關系(132)
4.3.2采樣周期T對暫態響應特性的影響(137)
4.3.3計算機控制系統的連續輸出響應的計算(141)
4.3.4含有延遲的計算機控制系統的輸出響應(144)
4.3.5非同步采樣和信號轉換延遲的處理(144)
4.4雙速率采樣控制系統分析(146)
4.4.1開關分解Z域分析法(146)
4.4.2串級雙速率采樣控制系統時域分析法(148)
習題(151)
第5章計算機控制系統基于輸入輸出模型設計法(153)
5.1連續化設計和模擬控制器離散化(154)
5.1.1連續化設計(154)
5.1.2模擬控制器的離散化(156)
5.2數字PID控制(165)
5.2.1理想PID控制(166)
5.2.2實際PID控制(167)
5.2.3數字PID控制改進算法(169)
5.2.4Smith預估補償PID控制(172)
5.2.5數字PID控制算法參數的整定(174)
5.3根軌跡和伯德(Bode)圖設計法(177)
5.3.1根軌跡設計法(177)
5.3.2伯德圖設計法(178)
5.4極點配置設計法(180)
5.4.1單位反饋控制系統的極點配置設計(180)
5.4.2復合控制系統的極點配置設計(184)
5.4.3大林(Dahlin)控制器設計(192)
5.5最少拍控制系統的設計(193)
5.5.1最少拍控制系統的設計(194)
5.5.2最少拍無紋波控制系統的設計(204)
5.5.3最少拍無紋波復合控制系統的設計(209)
5.5.4卡爾曼(Kalman)控制器設計(212)
5.6計算機控制系統的最優化設計(214)
5.6.1隨機干擾模型(215)
5.6.2最小方差控制(220)
5.6.3廣義最小方差控制(226)
5.7自校正控制器的設計(229)
5.7.1系統參數辨識的最小二乘法(230)
5.7.2最小方差自校正控制器的設計(238)
習題(242)
第6章計算機控制系統的狀態空間設計法(245)
6.1系統的能控性和能觀性(245)
6.1.1系統的能控性及其判別(246)
6.1.2系統的能觀性及其判別(247)
6.2狀態反饋極點配置設計法(249)
6.2.1狀態反饋律設計(250)
6.2.2給定輸入不為零系統的控制律設計(259)
6.2.3重構狀態反饋控制系統閉環分析(262)
6.3狀態觀測器設計(265)
6.3.1全階觀測器及其設計(265)
6.3.2降階觀測器及其設計(270)
6.3.3最優觀測器——Kalman濾波器(271)
6.4基于二次型性能指標狀態反饋最優化設計(276)
6.4.1二次型性能指標函數及其最優化控制問題(276)
6.4.2線性二次型最優調節問題的求解(277)
6.4.3線性二次型穩態最優控制(283)
6.4.4線性隨機系統二次型最優控制(285)
習題(286)
第7章模型預測控制算法及設計(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(動態矩陣控制)的基本算法(303)
7.2.4GPC(廣義預測控制)的基本算法(308)
7.3MPC系統的內??刂平Y構及其分析(315)
7.3.1內??刂萍捌浠咎卣鳎?15)
7.3.2單步預測MAC系統的內??刂平Y構及其分析(319)
7.3.3多步預測MAC系統的內??刂平Y構及其分析(323)
7.4MPC算法的預測狀態空間形式(328)
7.4.1MAC算法的預測狀態空間形式(328)
7.4.2DMC算法的預測狀態空間形式(337)
7.4.3GPC算法的預測狀態空間形式(341)
7.4.4無自平衡系統的MAC和DMC算法(345)
7.4.5可減小模型截斷誤差的MAC和DMC改進算法(347)
7.5多變量系統的MPC算法(352)
7.5.1多變量DMC集中預測集中優化算法(352)
7.5.2多變量DMC分散預測分散優化算法(355)
7.6基于Laguerre函數模型的預測控制(361)
7.6.1動態系統的Laguerre函數模型(361)
7.6.2預測控制算法(368)
習題(370)
第8章計算機控制系統的工程實現(372)
8.1計算機控制系統工程實現的步驟及其任務(372)
8.2計算機控制系統的結構(377)
8.2.1集中式計算機控制系統的結構(377)
8.2.2分布式計算機控制系統及其結構(378)
8.2.3現場總線式計算機控制系統及其結構(380)
8.3計算機控制系統的軟件實現(386)
8.3.1概述(386)
8.3.2人機界面的要求和實現(387)
8.3.3數據管理和數據通信(391)
8.3.4數據輸入和輸出(393)
8.3.5控制器的算法實現及其計算時延減少(394)
8.4計算機控制系統的硬件實現(398)
8.4.1控制計算機硬件系統的技術要求(398)
8.4.2控制機主機的選擇(400)
8.4.3模擬輸出通道及D/A選擇(401)
8.4.4模擬輸入通道及A/D選擇(403)
8.4.5數字輸入輸出通道的實現(404)
8.5計算機控制系統的抗干擾技術(405)
8.5.1干擾源(405)
8.5.2干擾的耦合方式(406)
8.5.3干擾的抑制(407)
8.5.4系統供電技術(409)
習題(411)
參考文獻(412)


Copyright 2011 中國科學技術大學出版社
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