本書(shū)為自動(dòng)化及電氣工程等相關(guān)專業(yè)的專業(yè)課教材。主要涉及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成、分析和設(shè)計(jì)方法，以計(jì)算機(jī)控制技術(shù)為核心，綜合可編程控制技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化及機(jī)電控制系統(tǒng)的最優(yōu)化為研究重點(diǎn)，同時(shí)提供應(yīng)用實(shí)例。
付華，遼寧工程大學(xué)教授。中國(guó)煤炭工業(yè)信息與自動(dòng)化專業(yè)委員會(huì)委員，遼寧省儀器學(xué)科教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)委員。主持完成國(guó)家863項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、教育部博士點(diǎn)基金、博士后基金、遼寧省科技攻關(guān)項(xiàng)目、遼寧省重大科技項(xiàng)目、省創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目、優(yōu)秀人才項(xiàng)目等40余項(xiàng)，主持完遼寧省教改項(xiàng)目、省十一五、十二五教學(xué)科研項(xiàng)目多項(xiàng)。
目 錄
第1章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述 （1）
1.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的特征與組成 （1）
1.1.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的特征與工作原理 （1）
1.1.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理 （4）
1.1.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件組成 （5）
1.1.4 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)軟件 （6）
1.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分類 （7）
1.2.1 操作指導(dǎo)控制系統(tǒng) （7）
1.2.2 直接數(shù)字控制系統(tǒng) （7）
1.2.3 監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) （8）
1.2.4 集散控制系統(tǒng) （9）
1.2.5 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng) （9）
1.2.6 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng) （10）
1.2.7 物聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng) （11）
1.3 計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展?fàn)顩r與發(fā)展趨勢(shì) （12）
1.3.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程 （12）
1.3.2 計(jì)算機(jī)控制理論的發(fā)展概況 （13）
1.3.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) （16）
1.4 人工智能的發(fā)展 （17）
1.5 德國(guó)工業(yè)4.0與中國(guó)制造2025 （18）
習(xí)題 （19）
第2章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)技術(shù) （20）
2.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)常用主機(jī) （21）
2.1.1 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（IPC） （21）
2.1.2 可編程控制器（PLC） （34）
2.1.3 嵌入式系統(tǒng) （37）
2.2 數(shù)字量輸入/輸出通道 （41）
2.2.1 數(shù)字量輸入/輸出接口技術(shù) （41）
2.2.2 數(shù)字量輸入通道（DI） （42）
2.2.3 數(shù)字量輸出通道（DO） （43）
2.2.4 數(shù)字量輸入/輸出通道設(shè)計(jì) （43）
2.3 模擬量輸入通道 （45）
2.3.1 模擬量輸入通道的組成 （45）
2.3.2 信號(hào)調(diào)理和I/V變換 （45）
2.3.3 多路轉(zhuǎn)換器 （47）
2.3.4 前置放大器 （48）
2.3.5 采樣保持器 （49）
2.3.6 常用A/D轉(zhuǎn)換器 （50）
2.3.7 A/D轉(zhuǎn)換器接口設(shè)計(jì) （51）
2.3.8 模擬量輸入通道設(shè)計(jì) （53）
2.4 模擬量輸出通道 （55）
2.4.1 模擬量輸出通道的結(jié)構(gòu)形式 （55）
2.4.2 常用的D/A轉(zhuǎn)換器 （56）
2.4.3 D/A轉(zhuǎn)換器接口電路 （58）
2.4.4 D/A轉(zhuǎn)換器的輸出形式 （61）
2.4.5 V/I變換 （61）
2.4.6 模擬量輸出通道設(shè)計(jì) （62）
2.5 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件抗干擾技術(shù) （64）
2.5.1 硬件抗干擾技術(shù)分析 （64）
2.5.2 過(guò)程通道抗干擾技術(shù)分析 （66）
2.5.3 主機(jī)抗干擾技術(shù) （70）
2.5.4 供電技術(shù)與接地技術(shù) （71）
2.6 工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)簡(jiǎn)介 （73）
2.6.1 集散控制系統(tǒng)（DCS） （73）
2.6.2 DCS的層次結(jié)構(gòu) （73）
2.6.3 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS） （74）
2.6.4 工業(yè)以太網(wǎng) （75）
習(xí)題 （75）
第3章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分析 （77）
3.1 離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 （77）
3.1.1 s平面與z平面的關(guān)系 （78）
3.1.2 離散系統(tǒng)輸出響應(yīng)的一般關(guān)系式 （80）
3.1.3 Routh穩(wěn)定性準(zhǔn)則在離散系統(tǒng)中的應(yīng)用 （81）
3.1.4 基于MATLAB的系統(tǒng)穩(wěn)定性分析 （82）
3.2 離散系統(tǒng)的過(guò)渡響應(yīng)分析 （84）
3.3 離散系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)準(zhǔn)確度分析 （90）
3.3.1 離散系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差 （90）
3.3.2 典型信號(hào)r(k)作用下系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差 （91）
3.3.3 干擾作用下的離散穩(wěn)態(tài)誤差 （93）
3.3.4 采樣周期對(duì)穩(wěn)態(tài)誤差的影響 （93）
3.4 離散系統(tǒng)的輸出響應(yīng) （96）
3.4.1 離散系統(tǒng)在采樣點(diǎn)間的響應(yīng) （96）
3.4.2 被控對(duì)象含延時(shí)的輸出響應(yīng) （97）
3.5 離散系統(tǒng)的根軌跡分析法 （99）
3.6 離散系統(tǒng)的頻域分析法 （101）
習(xí)題 （103）
第4章 數(shù)字控制技術(shù) （106）
4.1 數(shù)字控制系統(tǒng) （106）
4.1.1 數(shù)字控制系統(tǒng)的組成 （106）
4.1.2 數(shù)字控制原理 （107）
4.1.3 數(shù)字控制系統(tǒng)的分類 （108）
4.1.4 伺服控制系統(tǒng) （109）
4.2 逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)原理 （110）
4.2.1 逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ) （111）
4.2.2 逐點(diǎn)比較法圓弧插補(bǔ) （114）
4.3 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)伺服控制技術(shù) （116）
4.3.1 步進(jìn)伺服系統(tǒng)的構(gòu)成 （116）
4.3.2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理 （117）
4.3.3 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作方式 （118）
4.3.4 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)IPC工控機(jī)控制技術(shù) （119）
4.3.5 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)單片機(jī)控制技術(shù) （121）
4.4 直流伺服電動(dòng)機(jī)伺服控制技術(shù) （123）
4.4.1 直流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理 （123）
4.4.2 直流伺服電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)與控制 （124）
習(xí)題 （127）
第5章 常規(guī)及復(fù)雜控制技術(shù) （128）
5.1 數(shù)字控制器的模擬化設(shè)計(jì) （129）
5.1.1 數(shù)字控制器的模擬化設(shè)計(jì)步驟 （129）
5.1.2 數(shù)字PID控制器 （132）
5.1.3 數(shù)字PID控制器的改進(jìn) （135）
5.1.4 數(shù)字PID控制參數(shù)的整定 （139）
5.2 數(shù)字控制器的離散化設(shè)計(jì) （143）
5.2.1 數(shù)字控制器的離散化設(shè)計(jì)步驟 （143）
5.2.2 最少拍控制器的設(shè)計(jì) （144）
5.2.3 最少拍有紋波控制器的設(shè)計(jì) （148）
5.2.4 最少拍無(wú)紋波控制器的設(shè)計(jì) （149）
5.3 純滯后控制技術(shù) （151）
5.3.1 達(dá)林算法 （151）
5.3.2 振鈴現(xiàn)象的消除 （154）
5.3.3 SMITH預(yù)估控制 （155）
5.4 串級(jí)控制 （157）
5.4.1 串級(jí)控制的結(jié)構(gòu)和原理 （157）
5.4.2 數(shù)字串級(jí)控制算法 （158）
5.5 前饋-反饋控制 （159）
5.5.1 前饋-反饋復(fù)合控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) （159）
5.5.2 前饋-反饋控制算法 （160）
5.6 采用狀態(tài)空間的輸出反饋設(shè)計(jì)法 （161）
5.6.1 連續(xù)狀態(tài)方程的離散化 （162）
5.6.2 最少拍無(wú)紋波系統(tǒng)的跟蹤條件 （162）
5.6.3 輸出反饋設(shè)計(jì)法的設(shè)計(jì)步驟 （163）
5.7 采用狀態(tài)空間的極點(diǎn)配置設(shè)計(jì)法 （165）
5.8 按極點(diǎn)配置設(shè)計(jì) （165）
5.8.1 按極點(diǎn)配置設(shè)計(jì)控制規(guī)律 （165）
5.8.2 按極點(diǎn)配置設(shè)計(jì)狀態(tài)觀測(cè)器 （166）
5.8.3 按極點(diǎn)配置設(shè)計(jì)控制器 （168）
5.8.4 跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì) （169）
習(xí)題 （170）
第6章 先進(jìn)控制技術(shù) （171）
6.1 模糊控制技術(shù) （171）
6.1.1 模糊控制的數(shù)學(xué)基礎(chǔ) （172）
6.1.2 模糊控制基礎(chǔ)理論 （176）
6.1.3 模糊控制的基本原理 （179）
6.1.4 模糊控制器的設(shè)計(jì) （182）
6.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù) （185）
6.2.1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本原理和結(jié)構(gòu) （185）
6.2.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制 （185）
習(xí)題 （187）
第7章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)技術(shù) （188）
7.1 軟件設(shè)計(jì)技術(shù) （188）
7.1.1 軟件設(shè)計(jì)的方法 （189）
7.1.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) （191）
7.1.3 監(jiān)控組態(tài)軟件 （193）
7.2 測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù) （196）
7.2.1 系統(tǒng)誤差的自動(dòng)校準(zhǔn) （196）
7.2.2 線性化處理 （197）
7.2.3 標(biāo)度變換 （199）
7.2.4 插值算法 （201）
7.2.5 越限報(bào)警處理 （203）
7.3 軟件抗干擾技術(shù) （203）
7.3.1 數(shù)字濾波技術(shù) （204）
7.3.2 輸入/輸出數(shù)字量的軟件抗干擾技術(shù) （208）
7.3.3 指令冗余技術(shù) （208）
7.3.4 軟件陷阱技術(shù) （209）
7.4 數(shù)字PID控制器的工程實(shí)現(xiàn) （209）
7.4.1 給定值處理 （209）
7.4.2 被控量處理 （210）
7.4.3 偏差處理 （211）
7.4.4 控制算法的實(shí)現(xiàn) （212）
7.4.5 控制量處理 （212）
7.4.6 自動(dòng)/手動(dòng)切換 （213）
習(xí)題 （214）
第8章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) （216）
8.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則與步驟 （216）
8.1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則 （216）
8.1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟 （217）
8.2 系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) （219）
8.2.1 總體方案設(shè)計(jì) （219）
8.2.2 硬件的工程設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn) （220）
8.2.3 軟件的工程設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn) （221）
8.2.4 系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)試 （222）
8.3 電熱油爐溫度單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) （223）
8.3.1 控制任務(wù)與工藝要求 （223）
8.3.2 硬件系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì) （224）
8.3.3 PID算法及參數(shù)整定 （226）
8.3.4 軟件設(shè)計(jì) （226）
習(xí)題 （233）
參考文獻(xiàn) （234）
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