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第一篇 自动化仪表及装置的发展 3

第一章 概论 3

1.1 自动化仪表及装置在国民经济中的地位与作用 3

1.1.1 自动化仪器仪表是科学进展的前题和生产活动的依据 3

1.1.2 自动化仪器仪表工业是信息工业的源头 3

1.1.3 我国的自动化仪表及装置 4

1.2 基本概念和性能指标 4

1.2.1 工业过程测量与控制 4

1.2.2 系统元件（elementsofsystem） 5

1.2.3 自动化仪表及装置的性能指标 5

1.2.4 过程控制系统的性能指标 8

1.3 计量与标准化技术 10

1.3.1 计量及其基本任务 10

1.3.2 标准化技术 10

1.4 系统结构与信号体制 14

1.4.1 控制系统的结构 14

1.4.2 信号体制与传输方式 16

1.5 安全性与可靠性 21

1.5.1 安全性 21

1.5.2 可靠性 23

1.6 自动化仪表及装置的发展 27

1.6.1 从分散的就地控制向集中控制发展 27

1.6.2 从集中控制向分散控制发展 27

1.6.3 从分散控制DCS向现场控制FCS发展 28

1.6.4 从集团协议向国际标准发展 28

1.6.5 自动化仪表及装置向智能化发展，控制系统结构向网络化发展 29

1.7 自动化仪表及装置设计中的几个问题 30

1.7.1 仪表及装置设计的精度准则 30

1.7.2 系列化设计 34

1.7.3 可靠性设计 36

1.7.4 人-机界面问题 39

第二章 单元组合式仪表 42

2.1 DDZ系列电动单元组合仪表 42

2.1.1 电动单元组合仪表的系统结构 42

2.1.2 DDZ系列仪表的主要单元 46

2.1.3 DDZ系列仪表构成的控制系统 53

2.2 DDZ-S系列仪表 55

2.2.1 DDZ-S系列经济（J）型过程控制仪表基本特点和总体设计思想及原则 55

2.2.2 DDZ-S仪表系统的构成 57

第三章 分散型控制系统DCS 62

3.1 概述 62

3.1.1 计算机控制系统的发展 62

3.1.2 分散控制系统的内涵、特点与功能 63

3.1.3 分散控制系统发展历程及其基本结构 66

3.1.4 分散型控制系统的层次化结构体系 69

3.2 分散型控制系统的过程控制单元PCU 75

3.2.1 PCU的主要模式与功能 75

3.2.2 PCU的构成 76

3.2.3 控制算法 80

3.3 分散控制系统的人-机界面 82

3.3.1 低级人-机接口 82

3.3.2 高级人-机接口 83

3.4 控制回路的组态 85

3.4.1 概述 85

3.4.2 组态原理 85

3.4.3 控制回路的组态方法 85

3.5 DCS通信网络体系 86

3.5.1 概述 86

3.5.2 OSI（opensysteminterconnection，开放系统互连）参考模型 86

3.5.3 DCS网络产品比较 90

第四章 微机控制仪表 93

4.1 单回路数字调节器硬件的基本构成 94

4.2 单回路数字调节器的程序和算法 95

4.2.1 系统程序的组成 95

4.2.2 用户程序的组成 96

4.2.3 PID控制算法 96

4.2.4 标准PID算法的改进置 98

4.3 SLPC单回路调节器的系统软件 100

4.3.1 过程管理程序的机能构成和数据类型 100

4.3.2 仪表的寄存器结构和信息流程 101

4.4 SLPC单回路调节器的应用软件 106

4.4.1 用户程序结构 106

4.4.2 控制运算原理 106

4.4.3 标准功能模块 107

4.5 SLPC单回路调节器的通信功能 115

4.5.1 上位机对SLPC的设定与操作 115

4.5.2 串级控制“C”方式的选择 115

4.5.3 控制计算机备用方式的选择 115

4.5.4 通信操作及其设定 116

4.6 SLPC单回路调节器的自诊断和故障处理 116

4.7 SLPC用户程序设计 117

4.7.1 确定控制要求 117

4.7.2 确定所承担的任务 117

4.7.3 决定控制功能和内部调节单元 117

4.7.4 确定控制对象的数学模型 117

4.7.5 汇集功能框图和填写数据 118

4.7.6 程序 118

第五章 现场总线控制系统FCS 120

5.1 现场总线（fieldbus） 120

5.1.1 现场总线的内函 120

5.1.2 现场总线的产生背景 122

5.1.3 现场总线产生的历程 123

5.1.4 现场总线的几种类型 124

5.1.5 组成现场总线的基本仪表与设备 126

5.1.6 现场总线给当今的自动化带来的变革 127

5.2 FCS体系结构 127

5.2.1 FF现场总线 127

5.2.2 FCS体系结构 131

5.3 智能变送器 131

5.3.1 智能差压变送器 132

5.3.2 智能温度变送器 133

5.4 总线式智能传感器 134

5.4.1 总线式智能传感器的构成 134

5.4.2 接口标准和LonWorks技术 135

5.4.3 智能标定 136

第二篇 智能自动化仪表及装置 139

第六章 智能自动化仪表及装置概论 139

6.1 自动控制理论的发展及传统控制遇到的挑战 139

6.1.1 自动控制理论的发展 139

6.1.2 传统控制遇到的挑战 141

6.2 智能控制的定义与特点 141

6.2.1 智能控制的定义 141

6.2.2 智能控制的特点 143

6.3 智能控制的结构理论 144

6.3.1 二元结构 144

6.3.2 三元结构 144

6.3.3 四元结构 145

6.3.4 智能控制器的一般结构 146

6.4 应用人工智能技术的自动化仪表结构 148

6.4.1 自动化仪表检测环节的智能化 148

6.4.2 软测量技术 149

6.4.3 自动化仪表中功能模块的智能化 149

6.5 智能控制系统的分类 150

6.5.1 从系统构成的原理来分 150

6.5.2 从智能控制的结构来分 150

6.5.3 从系统实现的功能来分 151

第七章 专家控制器 154

7.1 专家系统的知识表示及获取 154

7.1.1 知识表示 154

7.1.2 知识获取 155

7.2 专家系统的结构与建造 156

7.2.1 专家系统的结构 156

7.2.2 专家系统的建造 157

7.3 专家控制器及系统结构 158

7.3.1 专家控制器的结构及系统 158

7.3.2 直接专家系统控制 159

7.3.3 间接专家系统控制 161

7.4 专家系统的设计与开发 164

7.4.1 专家控制器设计原则 164

7.4.2 专家系统的开发步骤 165

7.4.3 专家系统开发工具 167

7.5 专家控制器应用实例——专家智能温控仪 168

7.5.1 温控仪系统结构 168

7.5.2 专家智能控制算法（EIC算法） 168

7.5.3 EIC控制规则集 169

7.6 专家模糊控制系统 170

7.6.1 专家模糊控制系统的基本结构 170

7.6.2 知识库、推理机 170

7.6.3 人机系统 171

第八章 模糊控制器 172

8.1 模糊控制器的组成与结构 172

8.1.1 模糊控制系统 172

8.1.2 模糊控制器的组成 176

8.1.3 模糊控制器的结构 177

8.2 模糊控制器的结构分析 179

8.2.1 PID模糊控制器 179

8.2.2 自校正模糊控制器 181

8.2.3 自组织模糊控制器 182

8.2.4 自学习模糊控制器 182

8.2.5 专家模糊控制器 183

8.3 模糊控制器的设计 185

8.3.1 结构设计 185

8.3.2 建立模糊控制规则 186

8.3.3 模糊推理 189

8.3.4 清晰化 191

8.3.5 论域及比例因子的确定 192

8.3.6 模糊控制器的编程步骤 193

8.3.7 设计实例——双输入单输出模糊控制器的设计 193

8.4 模糊集成控制器 199

8.4.1 模糊神经网络控制 199

8.5 模糊控制器应用实例——带修正因子的模糊温度控制系统 201

8.5.1 系统结构 201

8.5.2 控制算法 202

8.5.3 控制性能实验比较 204

第九章 神经网络控制器与仿人控制器 207

9.1 神经网络系统辨识 207

9.1.1 系统辨识原理 207

9.1.2 非线性静态系统辨识 208

9.1.3 非线性动态系统辨识 209

9.2 神经控制器及系统结构 210

9.2.1 神经学习控制 210

9.2.2 神经直接控制 211

9.2.3 神经自适应控制 212

9.2.4 神经内模控制与预测控制 213

9.3 遗传算法与神经网络控制 214

9.3.1 GA控制参数 215

9.3.2 编码和解码 216

9.3.3 适值函数（fitnessfunction） 216

9.3.4 基因操作 216

9.4 神经网络集成控制 217

9.4.1 基于神经网络的专家系统 217

9.4.2 基于神经网络的自适应模糊控制系统 218

9.4.3 基于神经网络的控制系统故障诊断 218

9.5 仿人控制器的原理与结构 219

9.5.1 仿人控制器原理与结构 219

9.5.2 仿人控制算法 221

9.5.3 仿人控制应用——仿人智能温控仪 222

第十章 虚拟仪器技术 225

10.1 虚拟仪器的概念 225

10.1.1 测试系统的发展和虚拟仪器技术的出现 225

10.1.2 虚拟仪器及其特点 225

10.1.3 虚拟仪器系统构成 226

10.1.4 虚拟仪器技术的硬件结构 227

10.1.5 虚拟仪器技术的软件结构 228

10.1.6 图形软件开发平台LabVIEW 229

10.2 LabVIEW开发环境 230

10.2.1 概述 230

10.2.2 LabVIEW工具模板 231

10.2.3 虚拟仪器程序编制 233

10.3 LabVIEW应用系统 236

10.3.1 LabVIEW数据采集系统 236

10.3.2 LabVIEW仪器控制系统 238

10.4 LabVIEW驱动程序 241

10.4.1 仪器驱动程序设计模型 242

10.4.2 VXI即插即用仪器驱动程序编制原理 243

10.4.3 C++++Builder开发VPP驱动程序的优势及实例 244

参考文献 246