微機控制技術

前言

　　微型計算機控制系統(tǒng)是當今工業(yè)自動控制和過程控制的主流系統(tǒng)。微型計算機控制技術是電氣信息各專業(yè)必不可少的一門專業(yè)課。本書重點在教學方法和教學內容上對學生的創(chuàng)新精神和實踐能力進行培養(yǎng)，同時根據當前學生的就業(yè)和教學需要及教育部高職高專規(guī)劃教材《微機控制技術》幾年使用中的反饋意見，進一步充實、調整和較大篇幅地改動?！　∪珪?章，難易程度適中，內容以夠用為度的原則避虛就實，分為概述、過程輸入通道與接口、過程輸出通道與接口、人機接口、數字控制器、系統(tǒng)設計及實例、抗干擾技術、集散型控制系統(tǒng)（DCS）及現(xiàn)場總線技術（最后一章）等8章。最后一章篇幅不多，主要為拓寬學生專業(yè)知識以加強就業(yè)的適應性而寫。內容組織上既兼顧了教師授課的條理性，也考慮了學生自學、實驗的易讀性、可行性，并留有深入研究的余地。書中實例都很有代表性，舉一反三。本書整體內容盡量選用型號一致的CP[J，如DCS的控制站一節(jié)，在各類眾多的產品中選擇MCS一5l系列芯片構成的系統(tǒng)，這樣有利于對新知識的深入理解。每章的目的性強和各節(jié)的編排緊湊也是這本書的一大特色，如數字控制器一章避開了過多的理論敘述、數學推導和設計方法的羅列，開門見山直接講解實用控制器。為培養(yǎng)學生較強的實際動手能力，強調技術方法和使用特性也是編寫過程的一個側重點。各章節(jié)目的性和條理性強、內容緊湊、表述簡捷。前6章46課時左右（采用多媒體教學設備可少些），第7章應用例子根據專業(yè)需要三選一，6課時左右，外加實驗（7.5節(jié)，三選一）不少于8課時，共計60課時左右。第8章16課時左右，可選用，也可不用。學生學習這門課程前，應具備。MCS一5l單片機和自動控制方面的基礎知識。全書學習內容分為三個層次：第一層次指大部分章節(jié)的MCS一51單片機系統(tǒng)和基本原理方法、通用接口的軟／硬件設計等，應達到熟練掌握的程度，并具有技術應用、開發(fā)研制的創(chuàng)新能力。第二層次指DCS系統(tǒng)，書中用了一章的篇幅介紹，要求會使用和一般性的掌握。第三層次指要求知道或了解的現(xiàn)場總線技術，編為一節(jié)。簡而言之概括為熟、會、知三個程度要求?！　”緯晌錆h工程大學自動化研究所楊寧教授（第1、2、6、8章）和黃元峰副教授（第3、4、5、7章，附錄1～5）編寫。由于編寫時間倉促，水平有限，書中難免還有不妥之處，殷切希望讀者批評指正。編寫中較多參考和弓J用參考書目的大量信息，在此一并對作者們表示由衷的感謝！

內容概要

　　《微機控制技術（高職高專教育）》是普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材（高職高專教育），《微機控制技術（高職高專教育）》以MCS一51單片機技術為依托、針對當前學生的就業(yè)和教學需要編寫而成。全書共分8章，主要內容有：微機控制系統(tǒng)的概述、過程輸入／輸出通道與接口、人機接口、數字控制器、抗干擾技術、系統(tǒng)設計及實例、集散型控制系統(tǒng)及現(xiàn)場總線技術等?！段C控制技術（高職高專教育）》可作為高等職業(yè)學校、高等專科學校、成人高校及本科舉辦的二級職業(yè)技術學院和民辦高校的工業(yè)電氣自動化、應用電子技術、機電一體化技術、數控技術應用和計算機應用等專業(yè)的教材使用，也可供相關工程技術人員參考。

書籍目錄

第1章 概述1.1 微機控制系統(tǒng)的概念1.1.1 微機控制系統(tǒng)的發(fā)展概況1.1.2 微機控制系統(tǒng)的組成1.1.3 微機控制系統(tǒng)的結構和原理1.1.4 微機控制系統(tǒng)的特點1.2 微機控制系統(tǒng)的分類1.2.1 計算機操作指導控制系統(tǒng)1.2.2 直接數字控制系統(tǒng)（DDC）1.2.3 監(jiān)督計算機控制系統(tǒng)（SCC）1.2.4 集散型控制系統(tǒng)（DCS）1.2.5 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）1.3 微機控制的主要研究內容及發(fā)展前景1.3.1 技術性能指標1.3.2 研究內容1.3.3 發(fā)展方向及應用前景第2章 過程輸入通道與接口2.1 輸入通道的結構與信號轉換2.1.1 數字量輸入通道2.1.2 模擬量輸入通道2.1.3 AI的常用器件及電路2.2 模擬量輸入通道中的常用放大器2.2.1 測量放大器2.2.2 可編程放大器2.2.3 隔離放大器2.3 A／D轉換器與單片機接口電路2.3.1 8位轉換器ADC0809與MCS一51單片機接口電路2.3.2 12位轉換器AD574A與MCS一51單片機接口電路2.3.3 V／F壓頻轉換器第3章 過程輸出通道與接口3.1 輸出通道的結構及常用電路3.1.1 數字量輸出通道3.1.2 模擬量輸出通道3.2 D／A轉換器與單片機接口電路3.2.1 8位轉換器DAC0832與MCS一51單片機接口電路3.2.2 12位轉換器DACl208與MCS一51單片機接口電路3.2.3 F／V頻壓轉換器3.3 常用執(zhí)行器3.3.1 固態(tài)繼電器3.3.2 伺服電機3.3.3 步進電機3.3.4 電磁閥3.3.5 變頻器第4章 人機接口4.1 鍵盤接口方法4.1.1 獨立式連接的非編碼鍵盤4.1.2 矩陣式連接非編碼鍵盤4.2 數碼顯示方法4.2.1 8段LED顯示器結構與原理4.2.2 LED顯示器兩種顯示方式4.2.3 用軟件譯碼的8位動態(tài)LED顯示接口電路4.3 微型打印機及接口電路4.3.1 GPl6微型打印機的工作原理4.3.2 MCS一51單片機和GPl6的接口電路第5章 數字控制器5.1 PID模擬控制器及其調節(jié)規(guī)律的數字化5.2 ：PID控制器的幾種改進形式5.2.1 帶有死區(qū)的PID算法5.2.2 積分分離的PID算法5.3 PID控制參數的整定5.3.1 按擴充臨界比例度法整定T和KpTiTD5.3.2 按擴充響應曲線法整定T和KPTITD5.4 串級控制技術5.4.1 串級控制的結構和原理5.4.2 數字串級控制算法5.4.3 副回路微分先行串級控制算法5.5 前饋一反饋控制技術5.5.1 前饋控制的結構和原理5.5.2 前饋一反饋控制結構5.5.3 數字前饋一反饋控制算法5.6 模糊控制器5.6.1 模糊控制的基本思想5.6.2 模糊控制器的基本結構5.6.3 模糊控制的應用實例第6章 抗干擾技術6.1 干擾的來源和分類6.1.1 干擾的來源6.1.2 干擾的分類6.2 硬件方面對幾種主要干擾的抑制方法6.2.1 電源噪聲的抑制6.2.2 過程通道干擾的抑制6.2.3 接地技術6.3 CPU軟件抗干擾6.3.1 人工復位6.3.2 掉電保護6.3.3 睡眠抗干擾6.3.4 指令冗余6.3.5 軟件陷阱6.3.6 程序運行監(jiān)控電路6.4 輸人輸出通道軟件抗干擾6.4.1 數字信號的輸入方法6.4.2 數字信號的輸出方法6.4.3 數字濾波6.5 可靠性與故障診斷6.5.1 可靠性設計6.5.2 故障診斷第7章 系統(tǒng)設計及綜合實驗7.1 微機控制系統(tǒng)設計的要求和步驟7.1.1 系統(tǒng)設計的基本要求7.1.2 系統(tǒng)設計的特點7.1.3 確定系統(tǒng)總體控制方案7.1.4 建立數學模型和確定控制算法7.1.5 微型機和接口電路的選擇7.1.6 系統(tǒng)總體設計7.2 電熱水暖恒溫自動控制系統(tǒng)7.2.1 系統(tǒng)設計目標及控制算法7.2.2 電壓前饋與調功輸出7.2.3 硬件設計7.2.4 軟件設計7.3 紙機轉速控制7.3.1 系統(tǒng)結構7.3.2 系統(tǒng)控制功能7.3.3 調速操作與保護7.4 SPWM二相交流電動機變頻調速微機控制系統(tǒng)7.4.1 極性控制信號的產生7.4.2 SPWM信號的產生7.4.3 V／F協(xié)調控制7.5 系列綜合實驗7.5.1 電熱水暖恒溫自動控制系統(tǒng)實驗7.5.2 單片機控制交流變頻調速系統(tǒng)實驗7.5.3 多路數據采集監(jiān)測管理系統(tǒng)實驗第8章 集散型控制系統(tǒng)及現(xiàn)場總線技術8.1 DCS的概念、特點和體系結構8.1.1 DCS的組成及特點8.1.2 DCS分層體系8.2 DCS的網絡結構與系統(tǒng)特性8.2.1 網絡結構8.2.2 TDC一3000系統(tǒng)特性8.3 現(xiàn)場控制站8.3.1 多功能控制器的結構8.3.2 過程管理器的結構8.3.3 邏輯管理器的結構與功能8.3.4 MC的無中斷自動控制系統(tǒng)8.3.5 MC的組態(tài)8.4 操作站8.4.1 增強型操作站的構成8.4.2 增強型操作站的顯示功能8.5 現(xiàn)場總線技術8.5.1 現(xiàn)場總線及其體系結構8.5.2 總線的分類8.5.3 FF現(xiàn)場總線的主要技術標準附錄1 Z變換表附錄2 PID計算子程序清單（雙字節(jié)有符號定點數）附錄3 標準值查表并線性化處理程序清單（雙字節(jié)定點數）附錄4 數字溫度傳感器DSl8820使用方法附錄5 國內外集散系統(tǒng)一覽表參考文獻

章節(jié)摘錄

　?。?）中間直流環(huán)節(jié)　　由于逆變器的負載是電動機，屬于感性負載。無論電動機處于電動狀態(tài)或發(fā)電制動狀態(tài)，其功率因數總不會是1。因此，中間環(huán)節(jié)和電動機之間總會有無功功率的交換，這種無功能量、要靠中間直流環(huán)節(jié)的儲能元件（電容器或電抗器）來緩沖。所以又常稱中間直流環(huán)節(jié)為中間直流儲能環(huán)節(jié)?！　。?）控制電路　　控制電路常由運算電路，檢測電路，控制信號的輸入、輸出電路和驅動電路等構成。其主要任務是完成對逆變器的開關控制，對整流器的電壓控制及各種保護功能等?？刂品椒梢圆捎媚M控制或數字控制。高性能的變頻器目前已經采用微型計算機進行全數字控制，采用盡可能簡單的硬件電路。主要靠軟件完成各種功能。由于軟件的靈活性，數字控制方式?？梢酝瓿赡M控制方式很難完成的功能。　　利用計算機的串行通信功能可以完成操作功能，可以實現(xiàn)一些操作。新一代變頻器均具有標準通信接口，用戶可以利用通信接口在遠處對變頻器進行集中控制，適應了自動化要求。在變頻器中使用的串行通信接口通常為標準RS458接口，這種接口具有控制距離遠、抗干擾能力強等特點?！　?.變頻器的運行方式　　（1）正反轉運行　　異步電動機本身可以正反轉運行，對于使用工頻供電的電動機，只需要改變電動機電源的相序，即可改變電動機的轉向，當使用變頻器作為電動機電源時，有些變頻器具有控制電動機正反轉的功能，有的不具備此功能?！　哂姓崔D控制功能的變頻器，可以利用接觸器切換變頻器輸出的相序，在設計它的控制電路時，需要考慮不可將電動機直接從正轉切換到反轉，應該確保電動機已經停止。

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