計算機(jī)控制系統(tǒng)

前言

計算機(jī)控制科學(xué)涉及計算機(jī)控制的基本理論、分析、設(shè)計與T程實現(xiàn)等多方面內(nèi)容，采用計算機(jī)控制是我國實現(xiàn)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。當(dāng)前計算機(jī)在實時控制領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，這就要求從事白動控制的T程技術(shù)和研發(fā)人員不僅要掌握生產(chǎn)工藝流程和自動控制理論的基本知識，而且還必須掌握計算機(jī)控制系統(tǒng)有關(guān)硬件、軟件、控制規(guī)律、數(shù)據(jù)通信、現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)據(jù)庫等方面的專業(yè)知識和技術(shù)，從而達(dá)到設(shè)計和應(yīng)用計算機(jī)控制系統(tǒng)的目的。本書全面系統(tǒng)地講述了計算機(jī)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識與應(yīng)用技術(shù)，除對計算機(jī)控制系統(tǒng)的概念、接口技術(shù)、常用控制策略、系統(tǒng)設(shè)計與實施等作系統(tǒng)和全面的介紹外，還從工程實際出發(fā)，以80x86系統(tǒng)為例，列舉了大量工業(yè)控制實例，并給出r具體電路、80x86匯編語言和部分C語言編寫的應(yīng)用程序，使學(xué)生充分掌握計算機(jī)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識。同時對工業(yè)自動化領(lǐng)域的新技術(shù)如嵌入式系統(tǒng)、現(xiàn)場總線、企業(yè)綜合自動化系統(tǒng)等作了介紹，使學(xué)生及時掌握計算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。全書共分8章。第1章為概述部分，介紹r計算機(jī)控制系統(tǒng)的一般概念、組成、分類及發(fā)展趨勢；第2章最點介紹了過程輸入輸出接口技術(shù)，包括數(shù)據(jù)的采集及保持、模／數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)／模轉(zhuǎn)換器、計數(shù)／定時器8254、可編程并行I/O接口芯片8255A、開關(guān)量接口技術(shù)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；第3章介紹了常用的控制程序，包括巡回檢測、數(shù)字濾波、標(biāo)度變換、上下限報警、數(shù)碼管顯示及鍵處理；第4章介紹了計算機(jī)控制系統(tǒng)的控制策略，包括數(shù)字PID控制、串級控制、大林算法和數(shù)字控制器設(shè)計；第5章介紹了數(shù)字控制基礎(chǔ)、逐點比較法插補原理、步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)的控制；第6章介紹了計算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計方法、軟硬件設(shè)計和綜合舉例； 第7章介紹r現(xiàn)場總線及其標(biāo)準(zhǔn)， 重點介紹了CAN總線和PROFIBUS總線；第8章介紹了制造工業(yè)CIMS的體系結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)計實例。本書是在楊鵬教授編寫的“計算機(jī)控制技術(shù)”教材的基礎(chǔ)上，結(jié)合多年講授“計算機(jī)控制系統(tǒng)”課程的教學(xué)經(jīng)驗和科研成果，參考了國內(nèi)外的大量文獻(xiàn)和著作編寫而成。河北工業(yè)大學(xué)楊鵬教授負(fù)責(zé)第1章、第3章和第6章的編寫及全書的定稿T作，劉作軍副教授負(fù)責(zé)第2章和第5章的編寫，郭欣副教授負(fù)責(zé)第7章的編寫和C語言程序的編寫，陳玲玲博士負(fù)責(zé)第4章4.1和4.4節(jié)的編寫和全書的校對、統(tǒng)稿工作，孫吳博十負(fù)責(zé)第5章的部分編寫工作并對全書的匯編語言程序進(jìn)行了調(diào)試。石家莊鐵道學(xué)院鄧曉燕教授和杜立強(qiáng)副教授負(fù)責(zé)第8章和第4章中4.2和4.3節(jié)的編寫。由于編者知識和經(jīng)驗所限，書中的錯誤和不妥之處請廣大讀者不吝指正。編者2008年6月

內(nèi)容概要

　　《計算機(jī)控制系統(tǒng)》全面系統(tǒng)地介紹了計算機(jī)控制系統(tǒng)的特點，強(qiáng)調(diào)了系統(tǒng)的整體概念、基礎(chǔ)理論和技術(shù)，注重突出先進(jìn)性，介紹了先進(jìn)的控制策略和系統(tǒng)，反映了計算機(jī)控制系統(tǒng)的最新成果和發(fā)展趨勢。全書共分8章，主要內(nèi)容為：計算機(jī)控制系統(tǒng)概述、過程輸入輸出接口技術(shù)、常用控制程序設(shè)計、計算機(jī)控制系統(tǒng)的控制策略、數(shù)字控制技術(shù)、計算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計與綜合舉例、現(xiàn)場總線技術(shù)、制造工業(yè)企業(yè)綜合自動化系統(tǒng)。　　《計算機(jī)控制系統(tǒng)》理論深度適中，注意與其他專業(yè)教材的銜接，重點突出、層次分明，既便于教學(xué)又便于自學(xué)?？勺鳛楦叩仍盒Ｗ詣踊?、儀表、計算機(jī)應(yīng)用等專業(yè)的本科生和研究生的教材，也可作為從事計算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計的工程技術(shù)人員的參考書。

書籍目錄

前言教學(xué)建議第1章 計算機(jī)控制系統(tǒng)概述1.1 計算機(jī)控制系統(tǒng)的一般概念1.1.1 計算機(jī)控制的發(fā)展過程1.1.2 計算機(jī)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)1.1.3 計算機(jī)控制系統(tǒng)的特點1.2 計算機(jī)控制系統(tǒng)的組成1.3 計算機(jī)控制系統(tǒng)的分類1.3.1 計算機(jī)操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)1.3.2 直接數(shù)字控制系統(tǒng)1.3.3 監(jiān)督計算機(jī)控制系統(tǒng)1.3.4 計算機(jī)分級控制系統(tǒng)1.3.5 集散控制系統(tǒng)1.3.6 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)1.3.7 計算機(jī)集成制造系統(tǒng)1.4 計算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢第2章 過程輸入輸出接口技術(shù)2.1 數(shù)據(jù)的采樣及保持2.1.1 信號的采樣2.1.2 信號的量化2.1.3 信號的編碼2.1.4 多路開關(guān)2.1.5 采樣/保持器2.2 模/數(shù)轉(zhuǎn)換器2.2.1 模擬輸入信號的調(diào)理2.2.2 A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理2.2.3 A/D轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo)2.2.4 8位A/D轉(zhuǎn)換器及其與CPU的接口2.2.5 12位A/D轉(zhuǎn)換器及其與計算機(jī)的接口2.3 數(shù)/模轉(zhuǎn)換器2.3.1 D/A轉(zhuǎn)換器原理和基本結(jié)構(gòu)2.3.2 D/A轉(zhuǎn)換器的主要特性參數(shù)2.3.3 8位D/A轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用2.3.4 D/A轉(zhuǎn)換器雙極性模擬輸出的接法2.3.5 12位D/A轉(zhuǎn)換器2.4 計數(shù)/定時器82542.4.1 8254的功能及結(jié)構(gòu)2.4.2 8254的編程2.4.3 8254的工作方式2.4.4 計數(shù)瞬時值和狀態(tài)信息的讀取2.4.5 8254的應(yīng)用舉例2.5 可編程并行I/O接口芯片8255A2.5.1 8255A的功能及結(jié)構(gòu)2.5.2 8255A的工作方式2.5.3 8255A的應(yīng)用2.6 開關(guān)量接口技術(shù)2.6.1 開關(guān)量輸入接口2.6.2 輸出接口隔離技術(shù)2.6.3 繼電器輸出接口技術(shù)2.6.4 可控硅（晶閘管）輸出接口技術(shù)2.6.5 固態(tài)繼電器輸出接口2.6.6 綜合舉例2.7 數(shù)據(jù)采集卡2.7.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)2.7.2 典型的數(shù)據(jù)采集卡簡介第3章 常用控制程序設(shè)計3.1 巡回檢測程序3.1.1 概述3.1.2 巡啷檢測舉例3.2 數(shù)字濾波程序3.2.1 概述3.2.2 數(shù)字濾波方法3.2.3 數(shù)字濾波程序設(shè)計3.3 標(biāo)度變換程序3.3.1 線性標(biāo)度變換3.3.2 非線性參數(shù)標(biāo)度變換3.3.3 非線性補償3.4 上、下限報警程序3.5 數(shù)碼管顯示程序3.5.1 LED數(shù)碼顯示器3.5.2 靜態(tài)顯示3.5.3 動態(tài)顯示3.5.4 LED點陣顯示器的設(shè)計3.6 鍵處理程序第4章 計算機(jī)控制系統(tǒng)的控制策略4.1 數(shù)字PID控制4.1.1 模擬PID控制器4.1.2 數(shù)字PID控制器控制算法4.1.3 數(shù)字PID控制器控制算法改進(jìn)4.1.4 數(shù)字PID控制器的參數(shù)整定4.2 串級控制4.2.1 基本原理4.2.2 設(shè)計舉例4.3 大林算法4.3.1 大林算法的設(shè)計原理4.3.2 振鈴現(xiàn)象及其消除4.4 數(shù)字控制器設(shè)計方法4.4.1 連續(xù)對象的離散化方法4.4.2 數(shù)字控制器的離散設(shè)計方法第5章 數(shù)字控制技術(shù)5.1 數(shù)字控制基礎(chǔ)5.1.1 數(shù)字控制的基本原理5.1.2 數(shù)字控制方式5.1.3 數(shù)字控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)5.2 逐點比較法插補原理5.2.1 逐點比較法直線插補5.2.2 逐點比較法圓弧插補5.3 步進(jìn)電機(jī)的微機(jī)控制5.3.1 步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)及T作原理5.3.2 步進(jìn)電機(jī)的工作方式5.3.3 步進(jìn)電機(jī)的功率放大電路5.3.4 步進(jìn)電機(jī)的主要性能指標(biāo)和使用注意事項5.3.5 步進(jìn)電機(jī)微機(jī)控制系統(tǒng)5.4 伺服電機(jī)的控制5.4.1 伺服電機(jī)及其控制的基本方法5.4.2 伺服電機(jī)控制的功率接口技術(shù)5.4.3 伺服電機(jī)控制系統(tǒng)的檢測元件5.4.4 直流伺服電機(jī)系統(tǒng)的設(shè)第6章 計算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計與綜合舉例第7章 現(xiàn)場總線技術(shù)第8章 制造工業(yè)企業(yè)綜合自動化系統(tǒng)附錄A 常用Z變換、拉氏變換表附錄B C語言程序清單附錄C 匯編語言程序清單參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

第1章 計算機(jī)控制系統(tǒng)概述計算機(jī)控制系統(tǒng)是在自動控制技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的。20世紀(jì)50年代中期，經(jīng)典的控制理論已經(jīng)發(fā)展成熟和完備，并在不少工程技術(shù)領(lǐng)域中得到了成功應(yīng)用。在這個基礎(chǔ)上發(fā)展起來的模擬式自動控制系統(tǒng)也達(dá)到了相當(dāng)完善的程度，到現(xiàn)在，它仍然在許多工業(yè)部門占有相當(dāng)重要的地位，許多元件和系統(tǒng)都已經(jīng)形成標(biāo)準(zhǔn)化和系列化產(chǎn)品。盡管這種模擬式控制系統(tǒng)對單輸入單輸出系統(tǒng)是很有效的，對一些較復(fù)雜的多輸人和多輸出的參數(shù)相互耦合的系統(tǒng)也曾起過積極的作用。但是，它的進(jìn)一步發(fā)展受到了限制，在控制規(guī)律的實現(xiàn)、系統(tǒng)的優(yōu)化、可靠性等方面越來越不能滿足更高的要求?，F(xiàn)代控制理論的發(fā)展為自動控制系統(tǒng)的分析、設(shè)計與綜合增添了理論基礎(chǔ)。而計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展為新型控制規(guī)律的實現(xiàn)提供了非常有效的手段，兩者的結(jié)合極大地推動了自動控制技術(shù)的發(fā)展。1.1 計算機(jī)控制系統(tǒng)的一般概念1.1.1　計算機(jī)控制的發(fā)展過程在生產(chǎn)過程控制中采用數(shù)字計算機(jī)控制的思想出現(xiàn)在20世紀(jì)50年代中期，控制理論與計算機(jī)技術(shù)結(jié)合，產(chǎn)生了計算機(jī)控制系統(tǒng)，為自動控制系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展開辟了新的途徑。

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《計算機(jī)控制系統(tǒng)》一書理論深度適中，注意與其他專業(yè)教材的銜接，重點突出、層次分明，既便于教學(xué)又便于自學(xué)，可作為高等院校自動化、儀表、計算機(jī)應(yīng)用等專業(yè)的本科生和研究生的教材，也可作為從事計算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計的工程技術(shù)人員的參考?！队嬎銠C(jī)控制系統(tǒng)》特點：●內(nèi)容豐富、邏輯清晰?！駜?nèi)容安排遵從“基礎(chǔ)知識的系統(tǒng)性，理論與實踐并重”的原則?！裆钊霚\出的講述計算機(jī)控制系統(tǒng)，易學(xué)易教。

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