北航計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)課程大綱

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“計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)〞主要是指計(jì)算機(jī)參與控制的閉環(huán)系統(tǒng)，本課程及配套教材重點(diǎn)介紹計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本理論以及各種設(shè)計(jì)方法和工程實(shí)現(xiàn)中的問題。通過該課程的學(xué)習(xí)，重點(diǎn)把握扎實(shí)的計(jì)算機(jī)控制理論基礎(chǔ)，培養(yǎng)初步的解決計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)工程實(shí)現(xiàn)問題的能力。

各章節(jié)重點(diǎn)內(nèi)容要點(diǎn)如下：

第1章緒論

數(shù)字計(jì)算機(jī)在自動(dòng)控制中的基本應(yīng)用就是直接參與控制，承受了控制系統(tǒng)中控制器的任務(wù)，從而形成了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)的直接參與對(duì)控制系統(tǒng)的性能、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及控制理論等多方面都產(chǎn)生了深刻的影響。本章主要把握以下要點(diǎn)：

?把握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成、工作原理及其特點(diǎn)，了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與

實(shí)現(xiàn)問題

?著重了解計(jì)算機(jī)參與控制以后給控制理論及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)所帶來的新問題。

第2章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的信號(hào)

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是由連續(xù)的被控對(duì)象、傳感器等模擬部件以及由計(jì)算機(jī)、A/D、D/A等數(shù)字部件共同組成的混合系統(tǒng)，信號(hào)的傳輸及變換過程較為繁雜，信號(hào)的種類多種多樣。本章主要把握以下要點(diǎn)：

?了解信號(hào)變換主要裝置A/D和D/A的主要原理，進(jìn)而能夠分析系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的信

號(hào)特性，重點(diǎn)把握采樣、量化和零階保持器3種信號(hào)變換裝置和過程對(duì)系統(tǒng)特性的重要影響；

?了解采樣及零階保持信號(hào)恢復(fù)過程中信號(hào)的數(shù)學(xué)描述以及信號(hào)采樣與恢復(fù)過程

的重要特性，重點(diǎn)把握理想采樣信號(hào)的時(shí)域及頻域特性；

?把握連續(xù)信號(hào)采樣后不失真的條件，理解采樣定理、頻率混迭等概念，并能夠

應(yīng)用采樣定理分析實(shí)際中與采樣有關(guān)的一些問題或現(xiàn)象。

?把握零階保持器傳遞函數(shù)及其時(shí)域和頻域特性，了解工程中常用的前置濾波器

及后置濾波器的概念和原理，并且能夠定性畫出帶有前置濾波器和后置濾波器的信號(hào)采樣前后時(shí)域和頻域曲線。

第3章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是一種用數(shù)字計(jì)算機(jī)來控制連續(xù)被控對(duì)象的閉環(huán)系統(tǒng)，由于這類系統(tǒng)是具有模擬部件與數(shù)字部件共存、信號(hào)的傳輸及變換過程繁雜，信號(hào)的種類多種多樣等特點(diǎn)，為了對(duì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，需要將其轉(zhuǎn)化為用時(shí)間離散信號(hào)來表示的系統(tǒng)。本章主要把握以下要點(diǎn)：

?把握離散系統(tǒng)的差分方程描述方法以及差分方程的特性與求解，理解差分方程

所描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性及穩(wěn)定性問題；

?把握Z變換及Z反變換的定義、求法及其性質(zhì)，理解Z變換及Z反變換反映的

是采樣點(diǎn)上信息，而不能反映采樣點(diǎn)之間的信息；

?把握離散系統(tǒng)脈沖傳遞函數(shù)的定義、求法及其與連續(xù)系統(tǒng)脈沖傳遞函數(shù)及差分

方程的關(guān)系；

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北航控制系統(tǒng)課程大綱

?把握離散系統(tǒng)開環(huán)及閉環(huán)傳遞函數(shù)的求法，理解采樣開關(guān)的不同位置對(duì)離散系

統(tǒng)傳遞函數(shù)的影響，并且能夠根據(jù)系統(tǒng)傳遞函數(shù)求出特定輸入下的系統(tǒng)輸出響應(yīng)。

第4章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分析

在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的差分方程、脈沖傳遞函數(shù)等數(shù)學(xué)描述基礎(chǔ)上，就可以對(duì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的性能及穩(wěn)定性等方面進(jìn)行分析。和連續(xù)系統(tǒng)類似，離散系統(tǒng)的性能分析也可從時(shí)域特性和頻域特性來分析，但也有其自身的特點(diǎn)。本章主要把握以下要點(diǎn)：

?了解s平面與z平面之間的映射關(guān)系，進(jìn)而理解和把握離散系統(tǒng)穩(wěn)定性條件及

判據(jù)，把握采樣周期與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性及性能之間的關(guān)系；

?把握離散系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的概念及計(jì)算方法，了解采樣周期與離散系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差

之間的關(guān)系；

?把握離散系統(tǒng)時(shí)域特性分析方法，重點(diǎn)把握系統(tǒng)極點(diǎn)位置與時(shí)間響應(yīng)之間的關(guān)

系；

?把握離散系統(tǒng)頻率特性的概念及主要特點(diǎn)，理解離散系統(tǒng)的頻率特性與連續(xù)系

統(tǒng)頻率特性之間的主要區(qū)別。

第5章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的經(jīng)典設(shè)計(jì)方法

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法可分為以傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)的經(jīng)典控制設(shè)計(jì)和以狀態(tài)空間為基礎(chǔ)的現(xiàn)代控制設(shè)計(jì)兩類，而且連續(xù)系統(tǒng)的好多設(shè)計(jì)方法均可推廣應(yīng)用于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。但考慮到離散系統(tǒng)頻率特性等方面與連續(xù)系統(tǒng)又有很大區(qū)別，所以有些連續(xù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法又不能直接應(yīng)用于離散系統(tǒng)。本章主要把握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的間接法和直接法兩類經(jīng)典設(shè)計(jì)方法，主要把握要點(diǎn)如下：

?把握連續(xù)域設(shè)計(jì)-等效離散化間接設(shè)計(jì)方法的基本原理和步驟，理解信號(hào)轉(zhuǎn)換裝

置A/D和D/A特性及其對(duì)控制系統(tǒng)影響；

?把握各種離散化方法特別是雙線性變換及其修正雙線性變換方法原理、特點(diǎn)及

其應(yīng)用；

?把握數(shù)字PID基本算法及其各種改進(jìn)算法原理及其設(shè)計(jì)方法，把握積分飽和及

各種改進(jìn)微分算法的設(shè)計(jì)方法；

?把握離散系統(tǒng)根軌跡設(shè)計(jì)方法，把握控制系統(tǒng)主要時(shí)域性能指標(biāo)與z域極點(diǎn)位

置之間的關(guān)系；???把握

變換原理及其變換前后頻率特性主要特點(diǎn)，進(jìn)而把握基于

變換及其

域根軌跡設(shè)計(jì)方法。

變換的

離散系統(tǒng)頻率域設(shè)計(jì)方法；把握

第6章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)狀態(tài)空間設(shè)計(jì)

狀態(tài)空間方法是建立在矩陣?yán)碚摶A(chǔ)上，對(duì)多輸入多輸出系統(tǒng)進(jìn)行描述、分析與設(shè)計(jì)的方法，是各種現(xiàn)代控制理論設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是基于離散狀態(tài)方程進(jìn)行描述、分析與設(shè)計(jì)的，離散狀態(tài)空間與連續(xù)狀態(tài)空間本質(zhì)上是一致的，但系統(tǒng)特性和設(shè)計(jì)方法等均有所不同。本章重點(diǎn)把握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間特性及設(shè)計(jì)方法，主要要點(diǎn)如下：

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?把握離散系統(tǒng)狀態(tài)空間的描述與求解方法及其與離散系統(tǒng)傳遞函數(shù)之間關(guān)系，掌

握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述方法；

?把握離散系統(tǒng)的可控性與可觀性概念及分析判斷方法，把握采樣系統(tǒng)可控性、

可觀性與采樣周期的關(guān)系；

?把握離散系統(tǒng)狀態(tài)反饋控制律的極點(diǎn)配置設(shè)計(jì)方法及其充要條件，把握各種觀

測(cè)器設(shè)計(jì)方法；

?把握狀態(tài)反饋控制律與觀測(cè)器組合系統(tǒng)特征及分開原理，把握基于分開原理的

離散系統(tǒng)調(diào)理器設(shè)計(jì)方法；

?把握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)最優(yōu)法設(shè)計(jì)思想及其最優(yōu)二次型設(shè)計(jì)方法。

第七章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)智能化設(shè)計(jì)初步

由于智能控制技術(shù)能模擬人的智能行為，不需要確切的數(shù)學(xué)模型，具有自組織、自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)等特征，為解決繁雜控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問題提供了一種有效手段。另一方面，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，為智能控制技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用提供了可能。本章主要把握和了解神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊規(guī)律兩種主要的智能控制技術(shù)，主要要點(diǎn)如下：

?把握前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、基本學(xué)習(xí)算法及主要性質(zhì)，把握幾種典型的基于神經(jīng)

網(wǎng)絡(luò)的控制系統(tǒng)