目 錄
問題篇
第1章 計算機控制系統(tǒng) 2
1.1 學習目標 2
1.2 系統(tǒng) 2
1.3 控制系統(tǒng) 4
1.3.1 控制 4
1.3.2 從模擬控制到計算機控制 4
1.4 計算機控制系統(tǒng) 7
1.4.1 基本結(jié)構(gòu) 7
1.4.2 構(gòu)成要素 8
1.4.3 特點 10
1.5 計算機控制系統(tǒng)的典型架構(gòu) 10
1.5.1 操作指導控制系統(tǒng) 11
1.5.2 直接數(shù)字控制系統(tǒng) 11
1.5.3 監(jiān)督控制系統(tǒng) 12
1.5.4 分布式控制系統(tǒng) 13
1.5.5 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) 15
1.5.6 網(wǎng)絡控制系統(tǒng) 16
1.6 計算機控制系統(tǒng)的工程方法 17
1.6.1 工程方法的必要性 17
1.6.2 基于產(chǎn)品生命周期管理的工程方法 18
1.6.3 基于文檔的設計 19
1.6.4 基于模型的設計 21
1.7 線上學習：認識LabVIEW 24
1.8 練習題 29
1.9 思政討論：我國的計時技術(shù) 30
第2章 信號的采樣和重構(gòu) 31
2.1 學習目標 31
2.2 計算機控制系統(tǒng)的信號問題 31
2.2.1 信號問題 31
2.2.2 信息與信號 32
2.2.3 信息度量 34
2.2.4 問題描述 35
2.3 信號采樣 36
2.3.1 采樣過程 36
2.3.2 線上學習：LabVIEW入門 39
2.3.3 采樣定理 49
2.3.4 工程中的采樣 52
2.3.5 線上學習：控件與仿真循環(huán) 55
2.4 信號重構(gòu) 59
2.4.1 香農(nóng)重構(gòu) 60
2.4.2 保持法重構(gòu) 60
2.5 采樣保持電路 62
2.5.1 基本電路 62
2.5.2 采樣保持器 64
2.5.3 主要技術(shù)參數(shù) 64
2.6 練習題 66
2.7 思政討論：基于信息的控制 67
分析篇
第3章 連續(xù)對象的離散行為 70
3.1 學習目標 70
3.2 連續(xù)對象的行為描述 70
3.2.1 圖形表示法 71
3.2.2 解析表示法 74
3.3 線上學習：使用LabVIEW建立連續(xù)對象模型 77
3.3.1 使用仿真函數(shù)建立連續(xù)對象模型 79
3.3.2 使用控件設計函數(shù)建立連續(xù)對象模型 85
3.4 離散觀察：計算機視角的對象行為 91
3.4.1 圖形表示法 92
3.4.2 解析表示法 92
3.5 線上學習：使用LabVIEW建立離散對象模型 94
3.5.1 直接建立離散對象模型 94
3.5.2 間接建立離散對象模型 98
3.5.3 同類型對象的模型轉(zhuǎn)換 105
3.6 混合系統(tǒng)及其行為描述 109
3.6.1 混合系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu) 109
3.6.2 混合系統(tǒng)的行為描述 110
3.6.3 模型互連 113
3.7 線上學習：使用LabVIEW建立混合系統(tǒng)模型 116
3.7.1 通過仿真函數(shù)建立混合系統(tǒng)模型 116
3.7.2 通過控件設計VI建立混合系統(tǒng)模型 123
3.8 練習題 129
3.9 思政討論：多元的觀點，相同的立場 130
第4章 期望：行為變化的描述 132
4.1 學習目標 132
4.2 混合系統(tǒng)的時間響應 132
4.2.1 一般形式 133
4.2.2 典型響應 134
4.3 線上學習：使用LabVIEW輔助計算 138
4.3.1 使用仿真函數(shù)計算 138
4.3.2 使用控件設計VI計算 143
4.4 基于頻域的行為分析 146
4.4.1 穩(wěn)定性 146
4.4.2 魯棒性 155
4.4.3 快速性 157
4.5 線上學習：使用LabVIEW輔助分析 159
4.5.1 伯德圖VI 159
4.5.2 奈奎斯特圖VI 161
4.6 練習題 162
4.7 思政討論：聯(lián)結(jié)個人與社會，釋放創(chuàng)新活力 164
決策篇
第5章 離散時間控制：模擬設計方法 167
5.1 學習目標 167
5.2 設計思想 167
5.3 離散化方法 168
5.3.1 第一類近似：移動平均濾波 168
5.3.2 第二類近似：加窗濾波 172
5.4 數(shù)字PID控制 174
5.4.1 模擬PID控制器 175
5.4.2 數(shù)字PID控制器 178
5.4.3 離散化產(chǎn)生的問題與對策 180
5.4.4 參數(shù)整定 183
5.5 線上學習：倒立擺的控制（基于模擬設計方法） 185
5.5.1 基于模型的控制設計 185
5.5.2 車桿問題 186
5.6 練習題 190
5.7 思政討論：站在前人的肩膀上，繼往開來 191
第6章 離散時間控制：數(shù)字設計方法 192
6.1 學習目標 192
6.2 設計思想 192
6.3 頻率響應法 193
6.4 Ragazzini法 196
6.4.1 無限沖激響應濾波 196
6.4.2 有限沖激響應濾波 198
6.5 狀態(tài)空間設計法 201
6.5.1 極點配置 201
6.5.2 狀態(tài)估計 205
6.5.3 能控性和能觀性 208
6.6 線上學習：倒立擺的控制（基于數(shù)字設計方法） 209
6.6.1 層次化設計 209
6.6.2 車桿問題及求解 213
6.7 練習題 215
6.8 思政討論：追隨時代的腳步，精益求精 216
施效篇
第7章 從函數(shù)到算法 219
7.1 學習目標 219
7.2 計算問題 219
7.2.1 計算時延引起的問題 220
7.2.2 量化引起的問題 221
7.3 可控實現(xiàn)形式 227
7.4 運算結(jié)構(gòu) 228
7.4.1 基本運算單元 229
7.4.2 直接型結(jié)構(gòu) 229
7.4.3 串聯(lián)型結(jié)構(gòu) 232
7.4.4 并聯(lián)型結(jié)構(gòu) 233
7.4.5 不同結(jié)構(gòu)的比較 234
7.5 線上學習：數(shù)字PID控制算法 234
7.5.1 數(shù)字PID控制 234
7.5.2 LabVIEW中的數(shù)字PID控制 236
7.6 練習題 241
第8章 計算機控制：軟硬件協(xié)同實現(xiàn) 244
8.1 學習目標 244
8.2 從信號耦合網(wǎng)絡到能量耦合網(wǎng)絡 245
8.2.1 軟硬件協(xié)同設計 245
8.2.2 從信息處理角度看計算機控制 250
8.2.3 組件、接口和信號 252
8.3 運算設備 256
8.3.1 通用計算機 256
8.3.2 嵌入式計算機 257
8.4 通用I/O接口 258
8.4.1 技術(shù)指標 258
8.4.2 存儲器映射 259
8.4.3 數(shù)據(jù)傳輸方法 262
8.4.4 接口操作策略 264
8.5 處理不一致的數(shù)據(jù) 266
8.5.1 濾波 266
8.5.2 標度變換 270
8.5.3 常見的非線性問題及對策 271
8.6 線上學習：LabVIEW的儀器控制 272
8.6.1 儀器控制 272
8.6.2 儀器驅(qū)動 273
8.6.3 VISA 277
8.7 練習題 285
第9章 并發(fā)實時調(diào)度 286
9.1 學習目標 286
9.2 并發(fā)實時調(diào)度 287
9.2.1 數(shù)據(jù)驅(qū)動的系統(tǒng) 287
9.2.2 基本概念 288
9.2.3 實時任務調(diào)度 293
9.3 系統(tǒng)設計：使用狀態(tài)圖 298
9.3.1 功能描述 298
9.3.2 功能分解 300
9.3.3 任務構(gòu)建 301
9.3.4 系統(tǒng)配置 304
9.4 可靠性設計模式 306
9.4.1 可靠性 306
9.4.2 影響系統(tǒng)可靠性的因素 307
9.4.3 可靠性設計 307
9.5 線上學習：基于模式的系統(tǒng)設計 313
9.5.1 設計模式 313
9.5.2 經(jīng)典狀態(tài)機 313
9.5.3 生產(chǎn)者/消費者模式 323
9.6 練習題 324
參考文獻 325