計算機控制技術

本書以培養大學生解決複雜工程問題能力為出發點，以滿足新工科背景下社會對工程技術人才的需求為目標，着重強化大學生解決實際工程問題的能力。全書共6章，包括：計算機控制系統概述、計算機控制系統的理論基礎、過程通道設計、數字控制器設計與應用、網絡控制系統、計算機控制系統設計。本書內容豐富，以大量翔實的案例貫穿相關知識點的學習，強調專業知識與工程實踐相結合，具有較強的應用性。本書既可作為高等院校自動化、測控技術、電氣工程及其自動化、計算機應用、電子信息、機電一體化等相關專業的教材，也可供有關教師、科研人員和工程技術人員學習參考。

前言

第1章計算機控制系統概述

1.1計算機控制系統概念

1.2計算機控制系統組成

1.2.1計算機控制系統硬件

1.2.2計算機控制系統軟件

1.3通用控制器及其特點

1.3.1單片微型計算機

1.3.2可編程序控制器

1.3.3工業控制計算機

1.4計算機控制系統特點

1.5計算機控制系統分類

1.5.1操作指導控制系統

1.5.2直接數字控制系統

1.5.3監督計算機控制系統

1.5.4分佈式控制系統

1.5.5現場總線控制系統

1.6計算機控制系統發展概況與趨勢

1.6.1計算機控制系統發展概況

1.6.2計算機控制系統發展趨勢

1.7本章小結

習題與思考題

第2章計算機控制系統的理論基礎

2.1概述

2.2差分方程

2.3z變換及其特性

2.3.1定義

2.3.2z變換的基本定理

2.3.3z變換求解

2.3.4z反變換

2.4脈衝傳遞函數

2.4.1脈衝傳遞函數定義

2.4.2串聯環節的脈衝傳遞函數

2.4.3並聯環節的脈衝傳遞函數

2.4.4閉環系統的脈衝傳遞函數

2.5離散系統的穩定性分析

2.5.1s平面與z平面的映射關係

2.5.2z平面的穩定性判據

2.5.3Routh穩定性準則在離散系統中的應用

2.6離散系統的過渡響應分析

2.6.1離散系統動態性能指標

2.6.2閉環實特徵根對系統動態性能的影響

2.6.3閉環復特徵根對系統動態性能的影響

2.6.4案例分析

2.7離散系統的穩態準確度分析

2.8離散系統的根軌跡分析法

2.9本章小結

習題與思考題

第3章過程通道設計

3.1概述

3.2模擬量輸入通道設計

3.2.1模擬信號調理電路

3.2.2多路轉換器

3.2.3採樣保持器

3.2.4A/D轉換器

3.2.5模擬量輸入通道設計方法

3.3模擬量輸出通道設計

3.3.1D/A轉換器

3.3.2模擬量輸出通道設計方法

3.4數字量輸入輸出通道設計

3.4.1緩衝器

3.4.2鎖存器

3.4.3可編程並行I/O擴展接口

3.4.4數字量輸入通道的信號調理

3.4.5數字量輸出通道的信號驅動

3.5脈衝量輸入輸出通道設計

3.6工業控制I/O接口板卡

3.6.1模擬量輸入卡

3.6.2模擬量輸出卡

3.6.3數字量輸入/輸出卡

3.6.4脈衝量輸入/輸出卡

3.6.5實時工業以太網EtherCAT總線卡

3.7數據處理與數字濾波

3.7.1線性化處理

3.7.2標度變換

3.7.3數字濾波

3.8過程通道的抗干擾措施

3.8.1系統干擾與可靠性問題

3.8.2共模干擾的抑制

3.8.3串模干擾的抑制

3.8.4長線傳輸干擾的抑制

3.9本章小結

習題與思考題

目錄第4章數字控制器設計與應用

4.1數字PID控制算法

4.1.1基本原理

4.1.2數字PID控制器

4.1.3案例分析

4.2數字PID控制算法改進

4.2.1積分飽和抑制

4.2.2微分環節改進

4.3數字PID控制器參數整定

4.3.1採樣週期的選擇

4.3.2湊試法

4.3.3擴充臨界比例度法

4.3.4擴充響應曲線法

4.3.5PID歸一參數整定法

4.3.6案例分析

4.4少拍控制器設計

4.4.1少拍控制律

4.4.2少拍控制系統的設計及仿真

4.4.3少拍無紋波系統的設計及仿真

4.5純滯後對象的控制算法

4.5.1大林算法

4.5.2史密斯預估控制算法

4.6基於狀態空間模型的反饋控制器設計

4.6.1輸出反饋設計法

4.6.2全狀態反饋設計法

4.7基於狀態空間模型的極點配置設計

4.7.1按極點配置設計控制律

4.7.2按極點配置設計狀態觀測器

4.7.3按極點配置設計控制器

4.8二次型性能設計方法

4.8.1LQR控制器設計

4.8.2案例分析

4.9本章小結

習題與思考題

第5章網絡控制系統

5.1數據通信基礎

5.1.1數據通信系統

5.1.2數據通信方式的分類

5.1.3通信控制網絡體系結構

5.2集散控制系統

5.2.1集散控制系統發展概況

5.2.2集散控制系統的體系結構

5.2.3集散控制系統的特點

5.2.4典型的集散控制系統

5.3現場總線控制系統

5.3.1現場總線

5.3.2現場總線控制設備

5.3.3現場總線控制系統的特點

5.3.4五種典型現場總線

5.4工業以太網

5.5工業以太網現場總線EtherCAT

5.5.1EtherCAT系統組成

5.5.2EtherCAT數據幀結構

5.5.3EtherCAT尋址方式和通信服務

5.5.4EtherCAT分佈時鐘

5.5.5EtherCAT通信模式

5.5.6EtherCAT應用層協議

5.6基於EtherCAT總線的案例設計

5.6.1系統總體設計

5.6.2EtherCAT通信電路設計

5.6.3從站微處理器STM32接口電路設計

5.6.4控制系統軟件設計簡介

5.7本章小結

習題與思考題

第6章計算機控制系統設計

6.1計算機控制系統設計的一般原則和步驟

6.1.1系統設計的原則

6.1.2系統設計的步驟

6.2加熱爐温度計算機控制系統設計

6.2.1温度計算機控制系統的硬件設計

6.2.2温度計算機控制系統的

控制算法設計

6.2.3温度計算機控制系統的軟件設計

6.3固態分層發酵計算機控制系統設計

6.3.1温度檢測裝置硬件設計

6.3.2翻醅機控制系統設計

6.3.3計算機控制系統程序設計

6.3.4雲服務器的搭建

6.4步進梁加熱爐計算機控制系統設計

6.4.1PLC系統硬件設計

6.4.2控制方案設計

6.4.3加熱爐人機交互組態畫面設計

6.5本章小結

習題與思考題

附錄

附錄A第2章使用的主要MATLAB

函數

附錄B常用函數z變換表

附錄C常用控制系統離散化方法

參考文獻