普通高等教育电气工程与自动化“十三五”规划教材 计算机控制技术 第2版PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1 自动控制系统的一般形式 1

1.2 计算机控制系统的一般概念与组成 2

1.2.1 计算机控制系统的一般概念 2

1.2.2 计算机控制系统的组成 2

1.3 常见的工业控制计算机及特点 4

1.3.1 单片微型计算机 4

1.3.2 可编程序控制器 5

1.3.3 工控机 7

1.4 计算机控制系统的分类 8

1.4.1 操作指导控制系统 8

1.4.2 直接数字控制系统 8

1.4.3 监督计算机控制系统 9

1.4.4 集散控制系统 10

1.4.5 计算机集成制造系统 11

1.4.6 现场总线控制系统 12

1.4.7 嵌入式控制系统 12

1.5 计算机控制系统的发展及应用领域 12

1.5.1 计算机控制系统的发展概况 12

1.5.2 计算机控制理论和新型控制策略 13

1.5.3 计算机控制系统的发展趋势 15

1.5.4 计算机控制技术的应用领域 16

习题1 17

第2章 计算机控制系统中的过程通道 18

2.1 传感器与执行器 18

2.1.1 传感器与变送器 18

2.1.2 执行器及其分类 19

2.1.3 伺服电动机和步进电动机 20

2.2 信号的采样与恢复 21

2.2.1 信号的采样过程 21

2.2.2 采样定理 23

2.2.3 信息的恢复过程和零阶保持器 25

2.3 模拟量输入通道 27

2.3.1 模拟量输入通道的一般组成 27

2.3.2 A/D转换器接口逻辑设计要点 36

2.3.3 典型A/D转换器与微机的接口设计 36

2.4 模拟量输出通道 54

2.4.1 模拟量输出通道的结构形式 54

2.4.2 D/A转换器的结构特性与应用特性 55

2.4.3 D/A转换器与微机的接口设计 56

2.5 数字量输入/输出通道 69

2.5.1 数字量输入通道 69

2.5.2 数字量输出通道 70

2.5.3 数字量输入/输出通道设计 73

2.6 数据采集卡 74

2.6.1 数据采集卡简介 74

2.6.2 模拟量输入通道数据采集卡应用举例 78

2.6.3 模拟量输出通道数据采集卡应用举例 81

2.6.4 数字量输入/输出通道数据采集卡应用举例 83

习题2. 85

第3章 数据处理与人机交互技术 88

3.1 数字滤波 88

3.1.1 程序判断滤波 88

3.1.2 算术平均值滤波 90

3.1.3 加权平均值滤波 91

3.1.4 中值滤波 92

3.1.5 去极值平均滤波 93

3.1.6 滑动平均滤波 94

3.1.7 低通数字滤波 95

3.1.8 复合滤波程序 95

3.2 线性化处理 96

3.2.1 线性插值法 96

3.2.2 分段插值算法程序的设计方法 97

3.3 标度变换 97

3.2.1 线性参数标度变换 98

3.2.2 非线性参数标度变换 98

3.4 越限报警 99

3.4.1 软件报警程序设计 100

3.4.2 直接报警程序设计 101

3.5 键盘接口技术 102

3.5.1 键盘的组成、特点及消除抖动的措施 103

3.5.2 独立式按键接口技术 104

3.5.3 矩阵式键盘接口技术 106

3.5.4 双功能键的设计及重键处理技术 111

3.6 显示接口技术 111

3.6.1 LED显示器接口技术 112

3.6.2 LCD显示器接口技术 119

3.7 HD7279实现的键盘/显示器接口技术 122

3.7.1 HD7279A简介 122

3.7.2 HD7279A引脚说明 122

3.7.3 控制命令介绍 123

3.7.4 串行接口及时序 128

3.7.5 80C51单片机与 HD7279A的接口设计 129

习题3 132

第4章 计算机控制系统特性分析 134

4.1 离散系统 134

4.1.1 采样控制系统 135

4.1.2 数字控制系统 135

4.1.3 计算机控制系统与采样控制系统的关系 137

4.1.4 离散控制系统的特点 137

4.1.5 离散系统的分类 137

4.2 计算机控制系统的稳定性分析 138

4.2.1 Z变换与拉普拉斯变换的对比 138

4.2.2 S平面与Z平面的映射关系 139

4.2.3 离散系统的稳定域 140

4.2.4 劳斯稳定判据在离散系统的应用 141

4.3 计算机控制系统的动态响应分析 145

4.3.1 Z平面上极点分布与单位脉冲响应的关系 146

4.3.2 用脉冲传递函数分析离散系统的动态特性 148

4.4 计算机控制系统的稳态误差分析 150

4.4.1 Z变换终值定理法求稳态误差 151

4.4.2 典型输入信号作用下的稳态误差分析 151

习题4 155

第5章 数字PID及其算法 157

5.1 PID算法的离散化 157

5.2 位置式PID算法 158

5.3 增量式PID算法 158

5.4 数字PID算法的改进 159

5.4.1 积分分离PID算法 159

5.4.2 不完全微分PID算法 160

5.4.3 变速积分PID算法 161

5.4.4 带死区的PID算法 162

5.4.5 PID比率控制 163

5.5 PID算法程序的实现 163

5.5.1 位置式PID算法的程序设计 163

5.5.2 增量式PID算法的程序设计 163

5.5.3 积分分离PID算法的程序设计 164

5.6 数字PID算法的参数整定 165

5.6.1 采样周期T的确定 165

5.6.2 扩充临界比例度法 166

5.6.3 扩充响应曲线法 167

5.6.4 归一参数整定法 168

5.6.5 优选法 168

习题5 168

第6章 直接数字控制 170

6.1 最少拍计算机控制系统的设计 170

6.1.1 最少拍控制系统数字控制器分析 170

6.1.2 最少拍控制系统数字控制器的设计 174

6.2 最少拍无纹波计算机控制系统的设计 180

6.2.1 单位阶跃输入最少拍无纹波系统的设计 180

6.2.2 单位速度输入最少拍无纹波系统的设计 181

6.2.3 最少拍无纹波系统设计举例 181

6.3 大林算法 188

6.3.1 大林算法的D（z）基本形式 188

6.3.2 振铃现象及其消除方法 190

6.3.3 大林算法的设计步骤 193

6.4 数字控制器D（z）的实现方法 194

6.4.1 直接程序设计法 194

6.4.2 串行程序设计法 195

6.4.3 并行程序设计法 197

6.4.4 数字控制器的设计 198

习题6 199

第7章 模糊控制技术 202

7.1 模糊集合及模糊集合运算 202

7.1.1 模糊集合的概念 202

7.1.2 模糊集合的表示方法 202

7.1.3 模糊集合的基本运算 204

7.2 模糊关系及模糊关系运算 206

7.2.1 模糊关系的定义 206

7.2.2 模糊矩阵 206

7.2.3 模糊矩阵的运算 207

7.2.4 模糊关系的合成 207

7.3 模糊逻辑与近似推理 208

7.3.1 语言变量 208

7.3.2 模糊蕴含关系 209

7.3.3 句子连接关系的逻辑运算 210

7.3.4 近似推理 212

7.4 模糊控制系统的结构及其工作原理 215

7.4.1 模糊控制系统的基本组成 215

7.4.2 模糊控制系统的工作原理 216

7.4.3 模糊控制的特点 217

7.5 模糊控制器设计 218

7.5.1 模糊控制器的基本结构 218

7.5.2 模糊控制器的设计要求 219

7.5.3 模糊控制器的结构设计 219

7.5.4 精确输入量的模糊化 221

7.5.5 模糊控制规则库及推理机制的设计 223

7.5.6 模糊推理 224

7.5.7 清晰化计算 225

7.5.8 模糊论域为离散的离线计算与在线控制 226

7.5.9 模糊控制器的算法程序实现 230

7.6 模糊控制的应用 230

7.6.1 模糊控制的应用领域 230

7.6.2 模糊控制的应用实例 231

习题7 234

第8章 计算机网络控制技术 238

8.1 计算机工业网络基础 238

8.1.1 网络功能及分类 238

8.1.2 网络拓扑结构 239

8.1.3 传输介质 240

8.1.4 介质访问控制方式 241

8.1.5 信息交换技术 241

8.1.6 网络协议及其层次结构 243

8.1.7 网络互连设备 243

8.1.8 工业网络的性能评价和选型 244

8.2 集散控制系统 246

8.2.1 集散控制系统的产生与发展 246

8.2.2 集散控制系统的体系结构 249

8.2.3 集散控制系统的特点 252

8.3 现场总线控制系统 253

8.3.1 现场总线控制系统概述 253

8.3.2 几种有影响的现场总线 255

8.3.3 FCS的体系结构 259

习题8 261

第9章 计算机控制系统的可靠性与抗干扰技术 263

9.1 工业现场的干扰及其对系统的影响 263

9.1.1 干扰的来源 263

9.1.2 干扰窜入计算机控制系统的主要途径 263

9.1.3 干扰的耦合方式 264

9.2 计算机控制系统的硬件抗干扰技术 265

9.2.1 过程通道干扰的抑制 266

9.2.2 反射波干扰的抑制 269

9.2.3 空间干扰的抑制 271

9.2.4 RAM数据掉电保护 272

9.3 计算机控制系统的接地和电源保护技术 273

9.3.1 计算机控制系统的接地技术 273

9.3.2 计算机控制系统的电源保护技术 275

9.4 印制电路板抗干扰技术 276

9.4.1 印制电路板的尺寸和元器件的布置 276

9.4.2 印制电路板布线 277

9.4.3 去耦电容的配置 277

9.5 计算机控制系统的软件抗干扰技术 278

9.5.1 指令冗余技术 278

9.5.2 软件陷阱技术 279

9.5.3 故障自动恢复处理程序 281

9.5.4 Watchdog技术 283

习题9 285

第10章 计算机控制系统的设计与实现 287

10.1 系统设计的基本要求和特点 287

10.1.1 系统设计的基本要求 287

10.1.2 系统设计的特点 288

10.2 计算机控制系统的设计方法及步骤 289

10.2.1 控制系统总体方案的确定 289

10.2.2 计算机及接口的选择 290

10.2.3 控制算法的选择 291

10.2.4 控制系统的硬件设计 291

10.2.5 控制系统的软件设计 293

10.2.6 计算机控制系统的调试 294

10.3 仪器用温箱温度控制系统 294

10.3.1 温度控制系统的组成 294

10.3.2 温度控制系统的硬件设计 294

10.3.3 数字控制器的数学模型 300

10.3.4 温度控制系统的软件设计 300

10.4 产品自动装箱控制系统 306

10.4.1 产品自动装箱控制系统的原理及操作流程 306

10.4.2 产品自动装箱控制系统的硬件设计 307

10.4.3 产品自动装箱控制系统的软件设计 309

10.5 自动剪切机控制系统 316

10.5.1 自动剪切机的组成及工作过程 316

10.5.2 自动剪切机控制系统的硬件设计 317

10.5.3 自动剪切机控制系统的软件设计 319

习题10 321

参考文献 324