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計(jì)算機(jī)控制技術(shù)

開本：16

出版日期：2016年12月

圖書書號(hào)：9787564168506

出版社：東南大學(xué)出版社

作者：周俊

版次：1/1

印張：15.75

字?jǐn)?shù)：393千字

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上架時(shí)間：2016-12-23

圖書點(diǎn)擊數(shù)：3095
價(jià)格：￥39元
 

相關(guān)介紹


內(nèi)容提要

本書詳細(xì)闡述了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概況、過(guò)程通道配置與數(shù)字信號(hào)處理、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分析、數(shù)字PID控制器設(shè)計(jì)、數(shù)字控制器的連續(xù)系統(tǒng)方法設(shè)計(jì)、數(shù)字控制器的直接設(shè)計(jì)、復(fù)雜數(shù)字控制器設(shè)計(jì)、數(shù)字控制器的狀態(tài)空間法設(shè)計(jì)、集散控制系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)例,附錄還簡(jiǎn)單介紹了主編獨(dú)創(chuàng)的虛擬被控對(duì)象的計(jì)算機(jī)控制實(shí)驗(yàn)。對(duì)于暫時(shí)不具備開設(shè)復(fù)雜計(jì)算機(jī)控制實(shí)驗(yàn)條件的學(xué)校,該套實(shí)驗(yàn)為讀者提供了一種不需要添加任何非計(jì)算機(jī)設(shè)備就能對(duì)計(jì)算機(jī)控制實(shí)驗(yàn)改造升級(jí)的手段。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)為讀者提供了一個(gè)軟件實(shí)現(xiàn)的虛擬過(guò)程通道和虛擬被控對(duì)象平臺(tái),能夠非常方便和直觀地仿真計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)物對(duì)象(如A/D和D/A轉(zhuǎn)換誤差;執(zhí)行器的飽和、死區(qū)、變化速率限制;被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性和飽和特性等),因而在該平臺(tái)上實(shí)驗(yàn)比MATLAB等仿真實(shí)驗(yàn)更接近真實(shí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)環(huán)境。
本書編寫力求層次分明、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)練、主題突出、由淺入深,計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本概念和知識(shí)的解釋準(zhǔn)確清晰、介紹簡(jiǎn)明扼要,注重將計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件和軟件技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來(lái),重點(diǎn)介紹了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成、常規(guī)和現(xiàn)代數(shù)字控制器設(shè)計(jì),介紹了網(wǎng)絡(luò)多機(jī)協(xié)調(diào)控制技術(shù),通過(guò)典型設(shè)計(jì)使讀者深入理解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)技術(shù),幫助讀者掌握計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的主要內(nèi)容。
本書既可作為高等院校自動(dòng)控制、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、機(jī)電一體化等專業(yè)及相關(guān)專業(yè)的高年級(jí)本科生教材,也可作為相關(guān)專業(yè)科技人員的參考書籍。


目錄

第1章
計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述1

1.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的產(chǎn)生及原理1
1.1.1模擬控制向計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展1
1.1.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本工作原理2

1.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的構(gòu)成3
1.2.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件的基本構(gòu)成3
1.2.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)軟件的基本組成4
1.2.3控制用計(jì)算機(jī)的主要特點(diǎn)5

1.3計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分類7

1.4計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)舉例11
1.4.1工業(yè)爐燃料和空氣比率控制系統(tǒng)(生產(chǎn)過(guò)程控制)11
1.4.2火炮瞄準(zhǔn)位置控制系統(tǒng)(運(yùn)動(dòng)控制)11
1.4.3原料混合和加熱控制系統(tǒng)(順序控制)12

1.5計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)12
1.5.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)12
1.5.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)13

思考題與習(xí)題114

第2章
過(guò)程通道配置與數(shù)字信號(hào)處理15

2.1信號(hào)變換15
2.1.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中信號(hào)的分類15
2.1.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中信號(hào)的變換16

2.2過(guò)程通道的硬件選型18
2.2.1傳感器與變送器的選型19
2.2.2執(zhí)行器與功放接口電路的選型21
2.2.3輸入/輸出通道接口板的選型23

2.3過(guò)程通道抗干擾技術(shù)24
2.3.1干擾信號(hào)的分類24
2.3.2串模干擾的抑制25
2.3.3共模干擾的抑制27

2.4過(guò)程通道數(shù)字濾波技術(shù)29

2.5線性化處理技術(shù)32
2.5.1計(jì)算法33
2.5.2查表法33
2.5.3線性插值法34

2.6標(biāo)度變換技術(shù)36

思考題與習(xí)題237

第3章
計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分析38

3.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型38
3.1.1差分方程38
3.1.2Z變換38
3.1.3Z反變換40
3.1.4脈沖傳遞函數(shù)42

3.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析43
3.2.1Z平面和S平面的映射關(guān)系43
3.2.2穩(wěn)定性判據(jù)45

3.3離散控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性分析46

3.4離散控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性分析47
3.4.1閉環(huán)極、零點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的影響47
3.4.2離散控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)49

3.5計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的頻率特性分析50
3.5.1頻率特性定義50
3.5.2頻率特性分析50

思考題與習(xí)題352


第4章
數(shù)字PID控制器設(shè)計(jì)53

4.1標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字PID控制算法53
4.1.1PID控制基本原理53
4.1.2標(biāo)準(zhǔn)PID控制數(shù)字算式54
4.1.3數(shù)字PID程序流程圖56

4.2改進(jìn)的PID算法57
4.2.1帶有死區(qū)的PID算式57
4.2.2抑制積分飽和的PID算法57
4.2.3不完全微分的PID算式60
4.2.4微分先行PID控制62

4.3數(shù)字PID控制工程實(shí)現(xiàn)的一些問題62
4.3.1工程上數(shù)字PID控制器程序的組成62
4.3.2編程時(shí)需要注意的幾個(gè)問題63
4.3.3數(shù)字PID控制工程的報(bào)警處理64
4.3.4自動(dòng)/手動(dòng)切換65

4.4PID參數(shù)整定方法66
4.4.1采樣周期T的選擇66
4.4.2擴(kuò)充臨界比例度法67
4.4.3簡(jiǎn)化擴(kuò)充臨界比例度法68
4.4.4擴(kuò)充響應(yīng)曲線法68
4.4.5試湊法整定PID控制器參數(shù)69

思考題與習(xí)題469

第5章
數(shù)字控制器的連續(xù)系統(tǒng)方法設(shè)計(jì)71

5.1連續(xù)系統(tǒng)方法設(shè)計(jì)數(shù)字控制器的原理71

5.2數(shù)值積分法72
5.2.1三種變換公式72
5.2.2三種變換法的穩(wěn)定性分析76
5.2.3雙線性變換的預(yù)扭曲77

5.3零極點(diǎn)匹配法79

5.4等效保持算法80
5.4.1沖擊響應(yīng)不變轉(zhuǎn)換80
5.4.2階躍響應(yīng)不變轉(zhuǎn)換81

5.5設(shè)計(jì)舉例81

5.6各種方法的比較83

思考題與習(xí)題584

第6章
數(shù)字控制器的直接設(shè)計(jì)85

6.1系統(tǒng)性能指標(biāo)與Z域極、零點(diǎn)的關(guān)系85
6.1.1主導(dǎo)極點(diǎn)在Z域樣板圖中的位置85
6.1.2穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)對(duì)控制器在Z域極、零點(diǎn)的要求86
6.1.3動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)對(duì)系統(tǒng)主導(dǎo)極點(diǎn)的要求87

6.2Z平面上的根軌跡法90

6.3用解析法進(jìn)行數(shù)字控制器設(shè)計(jì)95

6.4最少拍控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)97
6.4.1最少拍控制系統(tǒng)的基本概念97
6.4.2最少拍控制器設(shè)計(jì)98
6.4.3最少拍控制系統(tǒng)的局限性100

6.5最少拍無(wú)波紋控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)102

6.6非最少的有限拍控制104

6.7慣性因子法105

6.8大林算法106
6.8.1大林基本算法106
6.8.2振鈴現(xiàn)象的消除107

思考題與習(xí)題6110

第7章
復(fù)雜數(shù)字控制器設(shè)計(jì)111

7.1串級(jí)控制111
7.1.1串級(jí)控制的工作原理111
7.1.2串級(jí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)113
7.1.3串級(jí)控制系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)114

7.2前饋控制115
7.2.1前饋控制的工作原理115
7.2.2前饋控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)117

7.3史密斯(Smith)預(yù)估控制117
7.3.1史密斯(Smith)預(yù)估控制的工作原理118
7.3.2史密斯(Smith)預(yù)估控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)119

7.4比值控制119
7.4.1單閉環(huán)比值控制119
7.4.2雙閉環(huán)比值控制120

思考題與習(xí)題7121

第8章
數(shù)字控制器的狀態(tài)空間法設(shè)計(jì)122

8.1線性定常離散系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述122
8.1.1狀態(tài)方程與輸出方程122
8.1.2連續(xù)系統(tǒng)狀態(tài)空間數(shù)學(xué)模型的離散化123
8.1.3離散系統(tǒng)狀態(tài)空間數(shù)學(xué)模型的實(shí)現(xiàn)124

8.2線性定常離散系統(tǒng)的狀態(tài)空間分析128
8.2.1狀態(tài)方程的Z變換求解128
8.2.2系統(tǒng)的穩(wěn)定性130
8.2.3能控性、能達(dá)性和能觀性130

8.3極點(diǎn)配置131
8.3.1狀態(tài)反饋與輸出反饋131
8.3.2狀態(tài)反饋的極點(diǎn)配置132
8.3.3輸出反饋的極點(diǎn)配置134

8.4帶狀態(tài)觀測(cè)器的狀態(tài)反饋系統(tǒng)設(shè)計(jì)135

思考題與習(xí)題8137

第9章
集散控制系統(tǒng)138

9.1數(shù)據(jù)通信與工業(yè)網(wǎng)138
9.1.1數(shù)據(jù)通信的基本概念138
9.1.2數(shù)據(jù)傳輸模式139
9.1.3異步傳輸與同步傳輸140
9.1.4差錯(cuò)控制技術(shù)142
9.1.5網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)143
9.1.6網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議146

9.2集散控制系統(tǒng)的產(chǎn)生148

9.3集散控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成149
9.3.1分散過(guò)程控制級(jí)149
9.3.2集中操作監(jiān)控級(jí)151

9.4集散控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)152

9.5集散控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)153

9.6SCADA系統(tǒng)簡(jiǎn)介156
9.6.1系統(tǒng)概述156
9.6.2SCADA系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)157
9.6.3SCADA系統(tǒng)與DCS的主要區(qū)別159

9.7計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)簡(jiǎn)介160
9.7.1系統(tǒng)概述160
9.7.2CIMS的體系結(jié)構(gòu)160
9.7.3CIMS與DCS的主要區(qū)別162

9.8集散控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)162

思考題與習(xí)題9163

第10章
現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)164

10.1現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的基本概念164

10.2現(xiàn)場(chǎng)總線的體系結(jié)構(gòu)165

10.3現(xiàn)場(chǎng)總線智能儀表166

10.4現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)168
10.4.1FCS與DCS的比較168
10.4.2現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)169
10.4.3現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)169

10.5幾種典型的現(xiàn)場(chǎng)總線170
10.5.1基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線(FF)171
10.5.2過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)總線(Profibus)172
10.5.3局部操作網(wǎng)絡(luò)(LonWork)175
10.5.4控制局域網(wǎng)絡(luò)(CAN)175
10.5.5可尋址遠(yuǎn)程傳感器數(shù)據(jù)通路(HART)176

10.6工業(yè)以太網(wǎng)與實(shí)時(shí)以太網(wǎng)簡(jiǎn)介177
10.6.1工業(yè)以太網(wǎng)概述177
10.6.2幾種工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議簡(jiǎn)介178
10.6.3實(shí)時(shí)以太網(wǎng)的產(chǎn)生179
10.6.4幾種實(shí)時(shí)以太網(wǎng)通信協(xié)議簡(jiǎn)介180

10.7現(xiàn)場(chǎng)總線的主要產(chǎn)品184

思考題與習(xí)題10185

第11章
計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)例186

11.1鍋爐計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)186
11.1.1鍋爐生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)介186
11.1.2鍋爐控制方案187
11.1.3鍋爐控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)189
11.1.4鍋爐控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)191

11.2鋼筋卷繞控制系統(tǒng)192
11.2.1鋼筋卷繞控制工藝簡(jiǎn)介192
11.2.2傳感器和執(zhí)行元件的選擇193
11.2.3控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)198
11.2.4關(guān)鍵功能模塊控制器設(shè)計(jì)200

11.3某焦化企業(yè)DCS系統(tǒng)200
11.3.1系統(tǒng)工藝流程與控制需求200
11.3.2系統(tǒng)硬件配置203
11.3.3系統(tǒng)軟件配置205
11.3.4系統(tǒng)組態(tài)編程207
11.3.5部分組態(tài)界面舉例208

11.4無(wú)人靶機(jī)單片機(jī)控制系統(tǒng)211
11.4.1系統(tǒng)基本組成和功能需求211
11.4.2系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)212
11.4.3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)214

11.5智能家居控制系統(tǒng)215
11.5.1智能家居控制需求215
11.5.2設(shè)計(jì)原則216
11.5.3系統(tǒng)組成與主要功能216

附錄A部分函數(shù)拉氏變換與Z變換對(duì)照表219

附錄B基于虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的計(jì)算機(jī)控制實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介220

B.1基于虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的計(jì)算機(jī)控制實(shí)驗(yàn)基本原理220

B.2虛擬被控對(duì)象簡(jiǎn)介221

B.3虛擬輸入/輸出過(guò)程通道簡(jiǎn)介226

B.4基于虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的計(jì)算機(jī)控制實(shí)驗(yàn)編程指導(dǎo)228

B.5實(shí)驗(yàn)一虛擬被控對(duì)象計(jì)算機(jī)PID控制實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書230

B.6實(shí)驗(yàn)二虛擬被控對(duì)象大林算法控制實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書232

B.7實(shí)驗(yàn)三計(jì)算機(jī)前饋與反饋相結(jié)合控制實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書235

參考文獻(xiàn)238

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