计算机控制技术

第1章计算机控制系统概述1

1.1计算机控制系统特征与组成1

1.1.1计算机控制系统的特征1

1.1.2计算机控制系统的工作原理和工作方式3

1.1.3计算机控制系统的硬件结构4

1.1.4计算机控制系统的软件结构5

1.2计算机控制系统的分类5

1.2.1操作指导控制系统6

1.2.2直接数字控制系统6

1.2.3监督计算机控制系统7

1.2.4集散控制系统7

1.2.5现场总线控制系统8

1.2.6综合自动化系统9

1.3计算机控制系统的数学模型9

1.4计算机控制的发展11

1.4.1计算机控制系统的发展过程11

1.4.2计算机控制系统理论的发展概况12

1.4.3计算机控制系统的发展趋势15

习题116

第2章工业控制计算机17

2.1工控机17

2.1.1IPC的组成与特点17

2.1.2IPC的内部总线20

2.1.3IPC的外部总线24

2.1.4IPC的输入/输出模板30

2.1.5IPC的主要产品32

2.2可编程控制器36

2.2.1可编程控制器的基本结构37

2.2.2可编程控制器的分类与特点39

2.2.3可编程控制器的主要产品41

2.3嵌入式系统43

2.3.1嵌入式系统的组成与特点43

2.3.2典型的嵌入式微处理器47

2.3.3典型的嵌入式微控制器50

习题251

第3章输入输出接口与信息通道技术52

3.1数字量输入输出通道52

3.1.1数字量输入输出接口技术52

3.1.2数字量输入通道53

3.1.3数字量输出通道54

3.2模拟量输入通道55

3.2.1模拟量输入通道的组成56

3.2.2信号调理56

3.2.3多路转换器57

3.2.4前置放大器58

3.2.5采样保持器60

3.2.6常用的A/D转换器61

3.2.7A/D转换器接口设计65

3.2.8模拟量输入通道设计68

3.3模拟量输出通道70

3.3.1模拟量输出通道的结构形式70

3.3.2常用的D/A转换器71

3.3.3D/A转换器的接口技术73

3.3.4D/A转换器的输出形式75

3.3.5V/I变换76

3.3.6D/A转换通道设计77

3.4人机交互通道79

3.4.1键盘接口79

3.4.2显示器接口81

习题386

第4章计算机控制系统抗干扰技术88

4.1计算机控制系统主要干扰分析88

4.1.1干扰的来源88

4.1.2干扰的传播途径89

4.1.3过程通道中的干扰90

4.2过程通道中的抗干扰技术91

4.2.1串模干扰的抑制91

4.2.2共模干扰的抑制92

4.2.3长线传输干扰的抑制93

4.3接地技术95

4.3.1地线系统分析95

4.3.2计算机控制系统输入环节的接地97

4.3.3主机系统的接地97

4.4供电技术98

4.4.1交流电源环节的抗干扰技术99

4.4.2直流电源环节的抗干扰技术99

习题4100

第5章数字控制技术101

5.1数字控制系统101

5.1.1数字控制系统的组成101

5.1.2数字控制原理102

5.1.3数字控制系统的分类102

5.1.4伺服控制系统104

5.2逐点比较法插补原理105

5.2.1逐点比较法直线插补105

5.2.2逐点比较法圆弧插补108

5.3步进电机的伺服控制技术110

5.3.1开环步进伺服系统的构成110

5.3.2步进电机的工作原理111

5.3.3步进电机的工作方式113

5.3.4步进电机IPC控制技术113

5.3.5步进电机单片机控制技术116

5.4直流伺服电机的伺服控制技术118

5.4.1直流伺服电动机的基本结构和工作原理118

5.4.2直流伺服电机的驱动与控制119

习题5121

第6章常规及复杂控制技术122

6.1数字控制器的模拟化设计122

6.1.1数字控制器的模拟化设计步骤122

6.1.2数字PID控制器123

6.1.3数字PID控制器的改进126

6.1.4数字PID控制器参数的整定129

6.2数字控制器的离散化设计132

6.2.1数字控制器的离散化设计步骤132

6.2.2*少拍控制器设计133

6.2.3*少拍无纹波控制器设计138

6.3纯滞后控制技术140

6.3.1大林算法140

6.3.2Smith预估控制144

6.4串级控制技术147

6.4.1串级控制的结构和原理147

6.4.2数字串级控制算法148

6.5前馈反馈控制技术149

6.5.1前馈反馈控制的结构149

6.5.2数字前馈反馈控制算法150

6.6解耦控制技术151

6.6.1解耦控制的原理151

6.6.2数字解耦控制算法153

习题6154

第7章计算机控制系统软件设计技术156

7.1软件设计方法与监控组态软件概述156

7.1.1常用的软件设计方法156

7.1.2计算机控制系统的应用软件158

7.1.3监控组态软件160

7.2测量数据预处理技术163

7.2.1系统误差的自动校准163

7.2.2线性化处理164

7.2.3标度变换166

7.2.4插值算法168

7.2.5越限报警处理169

7.3软件抗干扰技术170

7.3.1数字滤波技术170

7.3.2输入输出数字量的软件抗干扰技术174

7.3.3指令冗余技术174

7.3.4软件陷阱技术174

7.4数字PID控制器的工程实现175

7.4.1给定值处理175

7.4.2被控量处理176

7.4.3偏差处理176

7.4.4控制算法的实现177

7.4.5控制量处理178

7.4.6自动/手动切换处理179

习题7180

第8章先进控制技术181

8.1模糊控制技术181

8.1.1模糊控制的数学基础181

8.1.2模糊控制的基础理论183

8.1.3模糊控制的基本原理184

8.1.4模糊控制器的设计186

8.2神经网络控制技术189

8.2.1神经网络的基本原理和结构189

8.2.2神经网络控制192

8.3预测控制技术194

8.3.1基本理论195

8.3.2动态矩阵控制198

8.4机器学习201

8.4.1机器学习的基本概念201

8.4.2机器学习的分类202

8.4.3机械式学习203

8.4.4指导式学习204

习题8205

第9章工业控制网络技术206

9.1工业控制网络概述206

9.1.1企业的信息化与自动化206

9.1.2工业控制网络的特点207

9.1.3控制网络的类型207

9.2控制网络的技术基础208

9.2.1网络拓扑结构208

9.2.2介质访问控制技术209

9.2.3差错控制技术211

9.2.4网络协议及其层次结构212

9.2.5TCP/IP参考模型概述216

9.3工业以太网217

9.3.1工业以太网与以太网217

9.3.2以太网的优势218

9.3.3工业以太网的关键技术219

9.3.4常用的工业以太网协议222

9.4集散控制系统222

9.4.1DCS概述222

9.4.2DCS的分散过程控制级224

9.4.3DCS的集中操作监控级226

9.4.4DCS的综合信息管理级226

9.5现场总线控制系统227

9.5.1现场总线技术概述227

9.5.2典型的现场总线230

9.5.3FCS的体系结构234

9.5.4开放现场控制系统集成桥梁235

9.6综合自动化系统238

9.6.1流程工业综合自动化体系结构238

9.6.2流程工业MES240

9.7物联网技术241

9.7.1物联网的基本架构241

9.7.2物联网在工业领域中的应用242

9.8工业4.0技术244

9.8.1工业4.0概述244

9.8.2信息物理系统245

9.8.3智能工厂与智能生产246

9.8.4中国制造2025247

习题9247

第10章计算机控制系统设计与实现248

10.1系统设计的原则与过程248

10.1.1系统设计的原则248

10.1.2系统设计的过程249

10.2系统的设计与实现251

10.2.1初步设计251

10.2.2硬件的详细设计252

10.2.3软件的详细设计254

10.2.4系统的运行调试256

10.3电热油炉温度自动控制系统设计258

10.3.1控制任务与工艺要求258

10.3.2硬件系统详细设计259

10.3.3PID算法及参数整定264

10.3.4软件设计264

10.4换热站监控系统设计267

10.4.1换热站的运行原理与控制要求267

10.4.2换热站监控系统总体设计268

10.4.3换热站监控系统硬件设计269

10.4.4换热站监控系统软件设计270

10.5TM11型三维步进电机直线运动平台PLC控制系统设计272

10.5.1TM11型三维步进电机直线运动平台的组成272

10.5.2控制系统总体设计272

10.5.3控制系统硬件设计273

10.5.4控制系统软件设计274

10.6基于视觉导航的智能车控制系统设计276

10.6.1系统设计要求276

10.6.2基于视觉导航的智能车控制系统总体设计276

10.6.3基于视觉导航的智能车控制系统硬件设计276

10.6.4算法设计281

参考文献284