計(jì)算機(jī)控制技術(shù)（第2版）

目 錄
第1章 緒論\t1
1．1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述\t2
1．1．1 微機(jī)控制系統(tǒng)的特征\t2
1．1．2 微機(jī)控制系統(tǒng)硬件組成\t5
1．1．3 微機(jī)控制系統(tǒng)軟件\t7
1．2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的典型形式\t8
1．2．1 操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)\t8
1．2．2 直接數(shù)字控制系統(tǒng)\t8
1．2．3 監(jiān)督式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)\t9
1．2．4 集散控制系統(tǒng)\t9
1．2．5 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)\t10
1．3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展概況
和趨勢(shì)\t11
本章小結(jié)\t12
思考與練習(xí)\t13
第2章 輸入/輸出接口與過(guò)程通道\t14
2．1 過(guò)程輸入/輸出通道概述\t14
2．1．1 過(guò)程輸入/輸出通道的類(lèi)型
及功能\t14
2．1．2 過(guò)程輸入/輸出通道與CPU
交換的信息類(lèi)型\t14
2．1．3 過(guò)程通道的編址方式\t15
2．2 模擬量輸入通道\t15
2．2．1 模擬量輸入通道的結(jié)構(gòu)\t15
2．2．2 信號(hào)調(diào)理\t15
2．2．3 多路轉(zhuǎn)換器\t16
2．2．4 采樣保持器\t18
2．2．5 A/D轉(zhuǎn)換器\t20
2．2．6 8位A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0809\t22
2．2．7 12位A/D轉(zhuǎn)換器AD574\t25
2．3 模擬量輸出通道\t28
2．3．1 模擬量輸出通道的結(jié)構(gòu)\t29
2．3．2 D/A轉(zhuǎn)換器\t29
2．3．3 DAC0832 D/A轉(zhuǎn)換器芯片及其
接口電路\t31
2．3．4 12位D/A轉(zhuǎn)換器DAC1210
芯片\t35
2．3．5 模擬量輸出通道的設(shè)計(jì)\t35
2．4 開(kāi)關(guān)量輸入通道\t37
2．4．1 開(kāi)關(guān)量輸入通道的結(jié)構(gòu)\t37
2．4．2 過(guò)程開(kāi)關(guān)量的形式和變換\t37
2．4．3 開(kāi)關(guān)量輸入邏輯接口技術(shù)\t41
2．5 開(kāi)關(guān)量輸出通道\t41
2．5．1 開(kāi)關(guān)量輸出通道的結(jié)構(gòu)\t41
2．5．2 開(kāi)關(guān)量輸出邏輯的接口技術(shù)\t42
2．5．3 典型功率驅(qū)動(dòng)電路\t42
本章小結(jié)\t43
思考與練習(xí)\t44
第3章 計(jì)算機(jī)控制基礎(chǔ)理論\t45
3．1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的信號(hào)變換理論\t45
3．1．1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的信號(hào)形式\t45
3．1．2 信號(hào)的采樣、量化、恢復(fù)及
保持\t46
3．2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述\t49
3．2．1 z變換與逆z變換\t49
3．2．2 線(xiàn)性定常離散系統(tǒng)的差分方程
及其求解\t57
3．2．3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的脈沖傳遞
函數(shù)\t58
3．2．4 開(kāi)環(huán)和閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)\t58
3．3 離散控制系統(tǒng)的特性分析\t63
3．3．1 s平面到z平面的映射\t63
3．3．2 離散控制系統(tǒng)穩(wěn)定的充要
條件\t64
3．3．3 線(xiàn)性離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性判據(jù)\t64
3．3．4 離散控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程分析\t67
3．3．5 離散控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差分析\t70
3．4 離散控制系統(tǒng)的根軌跡設(shè)計(jì)法\t74
3．5 離散控制系統(tǒng)的頻域設(shè)計(jì)法\t78
本章小結(jié)\t80
思考與練習(xí)\t80
第4章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的常規(guī)控制策略\t82
4．1 PID算法的數(shù)字實(shí)現(xiàn)\t82
4．1．1 PID控制規(guī)律及其調(diào)節(jié)作用\t83
4．1．2 PID算法的數(shù)字實(shí)現(xiàn)\t86
4．1．3 幾種改進(jìn)的PID控制算法\t89
4．1．4 PID控制器的參數(shù)整定\t95
4．2 最少拍無(wú)差隨動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)\t99
4．2．1 典型輸入下理想最少拍無(wú)差
系統(tǒng)的設(shè)計(jì)\t101
4．2．2 最少拍控制器的物理可實(shí)現(xiàn)性
和穩(wěn)定性要求\t103
4．2．3 最少拍有紋波控制器的設(shè)計(jì)\t105
4．2．4 最少拍無(wú)差控制器的局限性\t108
4．3 最少拍無(wú)紋波隨動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)\t110
4．4 純滯后對(duì)象的控制算法―
大林算法\t116
4．4．1 大林算法的設(shè)計(jì)原則及數(shù)字
控制器的形式\t116
4．4．2 振鈴現(xiàn)象的產(chǎn)生和消除\t117
4．4．3 大林算法的設(shè)計(jì)步驟\t121
4．5 純滯后對(duì)象的控制算法―
施密斯（Smith）預(yù)估控制\t122
4．5．1 Smith預(yù)估器原理\t122
4．5．2 Smith補(bǔ)償器的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)\t124
本章小結(jié)\t126
思考與練習(xí)\t127
第5章 運(yùn)動(dòng)伺服的數(shù)字控制系統(tǒng)\t128
5．1 運(yùn)動(dòng)伺服控制系統(tǒng)的基本組成
結(jié)構(gòu)\t128
5．2 運(yùn)動(dòng)伺服控制系統(tǒng)中的位置
檢測(cè)器件\t130
5．2．1 光電脈沖編碼器\t131
5．2．2 感應(yīng)同步器\t132
5．2．3 旋轉(zhuǎn)變壓器\t133
5．3 直流電機(jī)伺服控制系統(tǒng)\t136
5．3．1 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和
工作原理\t136
5．3．2 直流電機(jī)的調(diào)速方法\t138
5．3．3 調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo)\t139
5．4 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)\t141
5．4．1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和
工作原理\t141
5．4．2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的基本參數(shù)\t143
5．4．3 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制方法\t143
5．5 交流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)\t146
5．5．1 三相永磁同步電動(dòng)機(jī)的基本
結(jié)構(gòu)、工作原理與數(shù)學(xué)模型\t146
5．5．2 矢量控制的基本原理\t148
5．5．3 交流同步電動(dòng)機(jī)的矢量控制
系統(tǒng)\t150
本章小結(jié)\t150
思考與練習(xí)\t150
第6章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的新型控制
策略\t152
6．1 智能控制的研究現(xiàn)狀、主要特點(diǎn)
和基本應(yīng)用\t152
6．2 模糊控制\t155
6．2．1 模糊控制理論基礎(chǔ)\t155
6．2．2 模糊控制系統(tǒng)的原理與設(shè)計(jì)
過(guò)程\t163
6．2．3 模糊控制在溫控系統(tǒng)中的
應(yīng)用\t165
6．3 神經(jīng)控制\t170
6．3．1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)模型\t170
6．3．2 BP網(wǎng)絡(luò)\t173
6．3．3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的結(jié)構(gòu)\t176
6．4 遺傳算法\t180
6．4．1 遺傳算法基礎(chǔ)理論\t180
6．4．2 遺傳算法的改進(jìn)策略\t181
6．5 專(zhuān)家控制\t183
6．5．1 專(zhuān)家系統(tǒng)基本概念\t183
6．5．2 專(zhuān)家系統(tǒng)的原理和結(jié)構(gòu)\t184
6．5．3 專(zhuān)家控制系統(tǒng)的建立步驟與
設(shè)計(jì)原則\t186
6．6 其他先進(jìn)控制技術(shù)\t188
6．6．1 自適應(yīng)控制\t188
6．6．2 魯棒控制\t190
6．6．3 預(yù)測(cè)控制\t191
6．6．4 量子控制\t193
本章小結(jié)\t195
思考與練習(xí)\t196
第7章 控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)\t197
7．1 控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)概述\t197
7．1．1 企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的層次模型\t197
7．1．2 控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別\t198
7．1．3 控制網(wǎng)絡(luò)的類(lèi)型\t199
7．2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)\t199
7．2．1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展\t199
7．2．2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的功能與分類(lèi)\t200
7．2．3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)\t203
7．3 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)技術(shù)\t204
7．3．1 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)概述\t205
7．3．2 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)\t206
7．3．3 典型現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)簡(jiǎn)介\t207
7．3．4 CAN總線(xiàn)\t209
7．4 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)總線(xiàn)簡(jiǎn)介\t218
7．4．1 總線(xiàn)的概念及分類(lèi)\t218
7．4．2 并行總線(xiàn)\t218
7．4．3 串行總線(xiàn)\t221
7．5 工業(yè)控制組態(tài)軟件技術(shù)\t226
7．5．1 組態(tài)的概念\t226
7．5．2 流行的工控組態(tài)軟件\t227
本章小結(jié)\t229
習(xí)題與思考\t230
第8章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)\t231
8．1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則與
步驟\t231
8．1．1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則\t231
8．1．2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟\t233
8．2 系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)\t235
8．2．1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)\t235
8．2．2 硬件的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)\t236
8．2．3 軟件的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)\t237
8．2．4 系統(tǒng)的調(diào)試與運(yùn)行\(zhòng)t238
8．3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)\t238
8．3．1 干擾的分類(lèi)\t239
8．3．2 硬件抗干擾技術(shù)\t240
8．3．3 軟件抗干擾技術(shù)\t242
8．4 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例\t245
8．4．1 單回路電阻爐溫度控制系統(tǒng)\t245
8．4．2 污水處理控制系統(tǒng)\t253
本章小結(jié)\t257
思考與練習(xí)\t257
附錄A 課程設(shè)計(jì)實(shí)例\t258
實(shí)例1 烘箱溫度計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)
設(shè)計(jì)\t258
實(shí)例2 PID控制算法的MATLAB
仿真研究\t260
實(shí)例3 微型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)
設(shè)計(jì)\t262
參考文獻(xiàn)\t264