计算机控制原理及其应用PDF电子书下载

第一章 绪论 2

?-1 计算机控制系统的一般组成和结构 2

一、什么叫计算机控制系统 2

二、计算机控制系统的基本特点 2

三、计算机控制系统的控制过程 3

四、计算机控制系统的一般组成 3

五、计算机控制系统的一般结构 3

六、控制用计算机的特点 4

?-2 计算机控制系统分类 5

一、按功能分类 5

二、按控制规律分类 11

?-3 计算机控制系统的优越性 12

?-4 计算机控制系统的发展概况 13

一、计算机控制系统的发展历史 13

二、计算机控制系统的发展趋势 13

?-5 采样、量化与重构 14

一、采样 14

二、量化 16

三、重构 18

四、采样周期的选择方法 21

本章小结 22

思考题及习题 22

第二章 过程通道与人机接口 24

?-1 过程通道的分类 24

?-2 模拟量输入通道 25

一、输入信号的处理 25

二、多路开关 26

三、放大器 31

四、采样保持器 33

五、模/数（A/D）转换器及其应用 35

?-3 模拟量输出通道 42

一、多路模拟量输出通道的结构形式 42

二、D/A输出方式 44

三、失电保护手动/自动无扰动切换 44

四、D/A转换器的主要技术指标 45

五、典型应用例子 45

?-4 数字量输入/输出通道 47

一、数字量输入通道 48

二、数字量输出通道 48

三、程序设计 49

?-5人机接口 49

一、键盘接口 50

二、显示器接口 51

三、打印机接口 52

?-6 I/O模板及工业控制计算机 57

一、STD总线工业控制机I/O模板 57

二、台湾研华IPC工控机 59

本章小结 65

思考题及习题二 65

第三章 数据采集与处理系统 68

?-1 微型计算机数据采集系统 68

一、基本的数据采集系统 68

二、高速微机数据采集系统 71

三、数据采集系统的发展 76

?-2 数字滤波 76

一、程序判断滤波 77

二、算术平均滤波 79

三、加权平均滤波 80

四、中值滤波 81

五、惯性滤波 82

六、复合滤波 84

七、高通滤波 86

八、带通滤波 86

九、数字滤波小结 87

?-3 线性化处理 87

一、计算机法 87

二、查表法与插值逼近 89

三、折线近似 90

?-4 误差修正 91

一、传感器温度误差的修正 91

二、零点漂移的修正 92

?-5 标度变换 92

一、线性参数的标度变换 92

二、非线性参数的标度变换 93

?-6 越限报警处理 94

?-7 数据采集与处理系统实例 97

一、二级分布式自动数据采集系统 97

二、钢水连续定氧微型机数据处理系统 100

本章小结 115

思考题及习题三 115

第四章 程序控制与数值控制 118

?-1 微型计算机顺序控制器 118

一、一个顺序控制器程序的编制 118

二、顺序控制器 121

?-2 开环数值控制 130

一、数值控制的基本原理 130

二、逐点比较法插补原理 131

?-3 步进电机的控制 146

一、步进电机的工作原理 147

二、步进电机控制系统原理 148

三、步进电机控制程序的设计 151

四、步进电机变速控制程序 155

?-4 可编程序控制器 157

一、可编程序控制器概述 157

二、PC控制系统设计方法 159

三、PC选型指南 163

四、PC的编程语言和编程工具 167

五、SYSMAC-P5R 30E的指令系统及其应用 170

?-5 PC应用实例——自动售货机的控制 176

一、控制要求 176

二、流程图 177

三、I/O分配 178

四、画出梯形图并写出程序 178

本章小结 183

思考题及习题四 183

第五章 控制规律的离散化设计方法 187

?-1 最少拍有波纹系统数字控制器的设计 187

一、设计方法 187

二、最少拍有波纹系统存在的问题 197

?-2 最少拍无波纹系统数字调节器的设计 199

一、波纹产生的原因 199

二、消除波纹的附加条件 200

?-3 最少拍设计的必进 201

一、增模程序法 201

二、惯性因子法 202

三、最小均方误差设计 203

四、非最少的有限拍控制 205

?-4 W变换法设计 206

一、W变换 206

二、W变换法设计步骤 207

三、设计举例 208

?-5 根轨迹法设计 210

?-6数字调节器的计算机实现 212

一、直接程序法—非正则形成 212

二、直接程序法—正则形式Ⅰ 213

三、直接程序法—正则形式Ⅱ 215

四、串行程序法 215

五、并行程序法 216

六、小结和举例 217

?-7 计算机控制示教型机械手 224

一、示教型机型手的工作原理 224

二、机械手连续部分(广义对象)的Z传递函数C(z) 226

三、机械手闭环数字调节器D(z)的设计 226

四、示教型机械手的计算机实现 227

本章小结 230

思考题及习题五 230

第六章 控制规律的模拟代设计方法(1)—PID调节器的数字化 235

?-1 概述 235

一、什么叫模拟化设计方法 235

二、模拟化设计方法分类 235

三、模拟化设计方法的基本条件 236

四、计算机实现PID的优点 237

?-2 基本的数字PID控制 237

一、位置式PID 237

二、增量式PID 239

三、速率式PID 239

四、位置式与增量式PID的比较 240

?-3 数字PID控制的改进 243

一、抑制积分饱和的PID算法 243

二、抑制干扰的PID算法 246

三、避免控制动作过于频繁的PID算法—带死区的PID控制 249

四、给定值频繁升降时对控制量进行阻尼的PID算法 250

五、混合过程PID算法 251

六、采样PID算法 252

七、批量PID算法 253

?-4 PID控制程序的设计 254

一、PID程序设计时应考虑的若干问题 254

二、位置式积分分离PID子程序 255

三、增量式PID算法子程序 259

?-5 数字PID调节器参数的整定 261

一、参数整定方法的分类 262

二、试溱法 262

三、扩充临界比例度法 263

四、扩充响应曲线法 263

?-6 设计举例 265

一、隧道窑微型计算机控制系统 265

二、微型计算机温度控制系统举例 269

本章小结 281

思考题及习题六 282

第七章 控制规律的模拟化设计方法（Ⅱ)—模拟校正网络的数字滤波器实现 284

?-1 概述 284

?-2 D(s)离散化为D(z)的方法 285

一、冲击响应不变法 285

二、零极点匹配法 287

三、零阶保持器法 289

四、双线性变换法 289

五、双线性变换加频率预畸变法 291

六、差分变换法 293

七、几种离散化方法比较 295

?-3 设计举例 295

本章小结 297

思考题及习题七 297

第八章 复杂控制规律的设计 300

?-1 概述 300

?-2 纯滞后对象的控制 300

一、大林算法 301

二、纯滞后补偿控制 304

三、大林算法与Smith补偿法比较 307

?-3 串级控制 307

一、串级控制系统的组成和工作原理 307

二、串级控制系统的特点 308

三、串级控制系统的应用范围 313

四、计算机串级控制系统 314

五、串级控制系统的设计原则 316

六、串级主控和副控调节器的选择 317

七、副控回路微分先行串级控制系统 318

八、多回路串级控制系统 319

?-4 比值控制 321

一、单闭环比值控制 321

二、双闭环比值控制 322

三、变比值控制系统 323

四、串级比值控制系统 323

?-5 前馈控制 323

一、完全补偿条件 323

二、前馈通道解脉冲传递函数和差分方程 324

三、前馈—反馈控制系统 325

?-6 应用实例 326

一、微型计算机纯滞后补偿控制系统 326

二、锅炉微机控制系统 331

本章小结 337

思考题及习题八 338

第九章 集散控制系统 340

?-1 概述 340

一、集散控制系统的产生 340

二、集散系统的基本结构 342

三、集散系统的特点 345

四、集散系统的发展方向与趋势 346

?-2 几种典型集散系统简介 346

一、TDC—2000和TDC—3000 346

二、CENTUM和YEWPACK系统概述 349

三、I/A S系统 354

四、CIM—PAC2000分布式控制系统概述 355

?-3 集散系统的通讯网络 359

一、局部网络的定义与拓扑结构 359

二、数据通讯基础 360

三、局部网络的通信协议 363

四、网络间互连的接口 367

五、集散系统网络通讯的特点 368

六、TDC-3000 BASIC的高速数据公路 368

七、CENTUM系统的HG总线 370

?-4 集散系统的控制站 371

一、集散系统控制站的功能 371

二、集散系统控制站的结构 373

三、控制站的控制算法 374

四、TDC-3000的基本控制器 378

五、YEWPACKⅡ的现场控制单元 385

?-5 集散系统的操作站 397

一、操作站的主要功能及特点 397

二、操作站的主要结构 398

三、TDC-3000的EOS 399

四、YEWPACKⅡ的UOPS 403

五、UOPS上的基本操作 406

?-6 集散系统应用举例 422

一、YEWPACK MARKⅡ应用——批量反应罐控制 422

二、TDC-3000系统顺序控制应用——料罐液位开关控制的SOPL程序 423

本章小结 425

思考题及习题九 425

第十章 计算机控制系统的设计 428

?0-1 计算机控制系统设计的基本要求、方法和步骤 428

一、基本要求 428

二、设计步骤 429

三、项目的提出 429

四、现场调研 430

五、提出系统要求 430

六、系统的可行性评价 430

七、系统总体设计 430

八、计算机及I/O通道的选择 431

九、检测文件、变送器及执行器的选择 432

十、控制算法的确定 432

十一、应用程序的设计方法 433

十二、系统的调试 433

十三、系统试运行 434

十四、编制文件 434

十五、交付使用 434

?0-2 提高计算机控制系统可靠性的措施 434

一、基本概念 434

二、提高硬件可靠性的方法 435

三、提高软件可靠性的方法 438

?0-3 计算机控制系统的抗干扰技术 439

一、干扰及其传播路径 440

二、空间抗干扰措施 440

三、I/O通道的抗干扰措施 441

四、电源系统的抗干扰措施 444

五、地线配置的抗干扰措施 445

六、软件抗干扰措施 446

?0-4 计算机控制系统的有限字长效应 448

一、有限字长效应 448

二、A/D和CPU字长的选取 448

三、存贮器字长的选取 450

四、D/A字长的选取（开环） 450

五、闭环系统中A/D、D/A和运算字长的选取 451

?0-5 微型计算机温度控制系统 451

一、控制系统组成 451

二、数字控制的数学模型 455

三、控制系统程序设计 458

本章小结 467

思考题及习题十 467

附录 473

附录 A：拉氏变换Z变换表 473

附录 B：Z变换和扩展Z变换 476

B. 1 Z变换的定义 476

B. 2 Z变换的性质 478

B. 3 Z反变换 479

B. 4 扩展Z变换法 481

参考文献 484