計算機(jī)控制技術(shù)

前言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，電氣工程與自動化技術(shù)正以令人矚目的發(fā)展速度，改變著我國工業(yè)的整體面貌。同時，對社會的生產(chǎn)方式、人們的生活方式和思想觀念也產(chǎn)生了重大的影響，并在現(xiàn)代化建設(shè)中發(fā)揮著越來越重要的作用。隨著與信息科學(xué)、計算機(jī)科學(xué)和能源科學(xué)等相關(guān)學(xué)科的交叉融合，它正在向智能化、網(wǎng)絡(luò)化和集成化的方向發(fā)展。教育是培養(yǎng)人才和增強(qiáng)民族創(chuàng)新能力的基礎(chǔ)，高等學(xué)校作為國家培養(yǎng)人才的主要基地，肩負(fù)著教書育人的神圣使命。在實際教學(xué)中，根據(jù)社會需求，構(gòu)建具有時代特征、反映最新科技成果的知識體系是每個教育工作者義不容辭的.光榮任務(wù)。教書育人，教材先行。機(jī)械工業(yè)出版社幾十年來出版了大量的電氣工程與自動化類教材，有些教材十幾年、幾十年長盛不衰，有著很好的基礎(chǔ)。為了適應(yīng)我國目前高等學(xué)校電氣工程與自動化類專業(yè)人才培養(yǎng)的需要，配合各高等.學(xué)校的教學(xué)改革進(jìn)程，滿足不同類型、不同層次的學(xué)校在課程設(shè)置上的需求，由中國機(jī)械工業(yè)教育協(xié)會電氣工程及自動化學(xué)科教育委員會、中國電工技術(shù)學(xué)會高校工業(yè)自動化教育專業(yè)委員會、機(jī)械工業(yè)出版社共同發(fā)起成立了“全國高等學(xué)校電氣工程與自動化系列教材編審委員會”，組織出版新的電氣工程與自動化類系列教材。這類教材基于“加強(qiáng)基礎(chǔ)，削枝強(qiáng)干，循序漸進(jìn)，力求創(chuàng)新”的原則，通過對傳統(tǒng)課程內(nèi)容的整合、交融和改革，以不同的模塊組合來滿足各類學(xué)校特色辦學(xué)的需要。并力求做到：1.適用性：結(jié)合電氣工程與自動化類專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)、專業(yè)定位，按技術(shù)基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)課和教學(xué)實踐等環(huán)節(jié)，進(jìn)行選材組稿。對有的具有特色的教材采取一綱多本的方法。注重課程之間的交叉與銜接，在滿足系統(tǒng)性的前提下，盡量減少內(nèi)容上的重復(fù)。2.示范性：力求教材中展現(xiàn)的教學(xué)理念、知識體系、知識點和實施方案在本領(lǐng)域中具有廣泛的輻射性和示范性，代表并引導(dǎo)教學(xué)發(fā)展的趨勢和方向。3.創(chuàng)新性：在教材編寫中強(qiáng)調(diào)與時俱進(jìn)，對原有的知識體系進(jìn)行實質(zhì)性的改革和發(fā)展，鼓勵教材涵蓋新體系、新內(nèi)容、新技術(shù)，注重教學(xué)理論創(chuàng)新和實踐創(chuàng)新，以適應(yīng)新形勢下的教學(xué)規(guī)律。4.權(quán)威性：本系列教材的編委由長期工作在教學(xué)第一線的知名教授和學(xué)者組成。他們知識淵博，經(jīng)驗豐富。

內(nèi)容概要

　　《計算機(jī)控制技術(shù)》系統(tǒng)地闡述了計算機(jī)控制系統(tǒng)的分析方法、設(shè)計方法以及在工程上的實際應(yīng)用。主要內(nèi)容包括：計算機(jī)控制系統(tǒng)的組成與分類，過程輸入輸出通道，常用應(yīng)用程序設(shè)計，計算機(jī)控制系統(tǒng)特性分析，數(shù)字PID及其算法，直接數(shù)字控制，計算機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)，計算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)?！队嬎銠C(jī)控制技術(shù)》注重理論與應(yīng)用、軟件與硬件、設(shè)計與實現(xiàn)的有機(jī)結(jié)合，重視解決工程實際問題。為了便于教學(xué)和自學(xué)，《計算機(jī)控制技術(shù)》每章都配有不同類型的習(xí)題。

書籍目錄

序前言第1章 緒論1.1 自動控制系統(tǒng)的一般形式1.2 計算機(jī)控制系統(tǒng)的一般概念與組成1.2.1 計算機(jī)控制系統(tǒng)的一般概念1.2.2 計算機(jī)控制系統(tǒng)的組成1.3 工業(yè)控制計算機(jī)的特點1.4 計算機(jī)控制系統(tǒng)的分類1.4.1 操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)1.4.2 直接數(shù)字控制系統(tǒng)1.4.3 監(jiān)督計算機(jī)控制系統(tǒng)1.4.4 集散控制系統(tǒng)1.4.5 計算機(jī)集成制造系統(tǒng)1.4.6 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)1.4.7 嵌入式控制系統(tǒng)1.5 計算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展概況與趨勢1.5.1 計算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展概況1.5.2 計算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢習(xí)題1第2章 過程輸入輸出通道2.1 信號的采樣與恢復(fù)2.1.1 信號的采樣過程2.1.2 采樣定理2.1.3 信息的恢復(fù)過程和零階保持器2.2 模擬量輸入通道2.2.1 模擬量輸入通道的一般組成2.2.2 A／D轉(zhuǎn)換器接口邏輯設(shè)計要點2.2.3 典型A／D轉(zhuǎn)換器與微機(jī)的接口設(shè)計2.3 模擬量輸出通道2.3.1 模擬量輸出通道的結(jié)構(gòu)形式2.3.2 D／A轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)特性與應(yīng)用特性2.3.3 D／A轉(zhuǎn)換器與微機(jī)的接口設(shè)計2.4 數(shù)字量輸入輸出通道2.4.1 數(shù)字量輸入通道2.4.2 數(shù)字量輸出通道2.4.3 數(shù)字量輸入輸出通道設(shè)計習(xí)題2第3章 常用應(yīng)用程序設(shè)計3.1 數(shù)字濾波3.1.1 程序判斷濾波。3.1.2 算術(shù)平均值濾波3.1.3 加權(quán)平均值濾波3.1.4 中值濾波3.1.5 去極值平均濾波3.1.6 滑動平均濾波3.1.7 低通數(shù)字濾波3.1.8 復(fù)合濾波程序3.2 標(biāo)度變換3.2.1 線性參數(shù)標(biāo)度變換3.2.2 非線性參數(shù)標(biāo)度變換3.3 越限報警3.3.1 軟件報警程序設(shè)計3.3.2 直接報警程序設(shè)計3.4 鍵盤控制程序3.4.1 鍵盤的組成、特點及消除抖動的措施3.4.2 獨立式按鍵接口技術(shù)3.4.3 矩陣式鍵盤接口技術(shù)3.4.4 雙功能鍵的設(shè)計及重鍵處理技術(shù)3.5 顯示程序設(shè)計3.5.1 LED顯示器接口技術(shù)3.5.2 LCD顯示器接口技術(shù)習(xí)題3第4 計算機(jī)控制系統(tǒng)特性分析4.1 離散系統(tǒng)4.1.1 采樣控制系統(tǒng)4.1.2 數(shù)字控制系統(tǒng)4.1.3 計算機(jī)控制系統(tǒng)與采樣控制系統(tǒng)的關(guān)系4.1.4 離散控制系統(tǒng)的特點4.1.5 離散系統(tǒng)的分類4.2 計算機(jī)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析4.2.1 Z變換與拉普拉斯變換的對比4.2.2 S平面與Z平面的映射關(guān)系4.2.3 離散系統(tǒng)的穩(wěn)定域4.2.4 勞斯穩(wěn)定判據(jù)在離散系統(tǒng)的應(yīng)用4.3 計算機(jī)控制系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)分析4.3.1 Z平面上極點分布與單位脈沖響應(yīng)的關(guān)系4.3.2 用脈沖傳遞函數(shù)分析離散系統(tǒng)動態(tài)特性4.4 計算機(jī)控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差分析4.4.1 Z變換終值定理法求穩(wěn)態(tài)誤差4.4.2 典型輸入信號作用下的穩(wěn)態(tài)誤差分析習(xí)題4第5 數(shù)字PID及其算法5.1 PID算法的離散化5.2 位置式PID算法5.3 增量式PID算法5.4 數(shù)字PID算法的改進(jìn)5.4.1 積分分離PID算法5.4.2 不完全微分PID算法5.4.3 變速積分PID算法5.4.4 帶死區(qū)的PID算法5.4.5 PID比率控制5.5 PID算法程序的實現(xiàn)5.5.1 位置式PID算法的程序設(shè)計5.5.2 增量式PID算法的程序設(shè)計5.5.3 積分分離PID算法的程序設(shè)計5.6 數(shù)字PID算法的參數(shù)整定5.6.1 采樣周期T的確定5.6.2 擴(kuò)充臨界比例度法5.6.3 擴(kuò)充響應(yīng)曲線法5.6.4 歸一參數(shù)整定法5.6.5 優(yōu)選法習(xí)題5第6 直接數(shù)字控制6.1 最少拍計算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計6.1.1 最少拍控制系統(tǒng)數(shù)字控制器分析6.1.2 最少拍控制系統(tǒng)數(shù)字控制器的設(shè)計6.2 最少拍無紋波計算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計6.2.1 單位階躍輸入最少拍無紋波系統(tǒng)的設(shè)計6.2.2 單位速度輸入最少拍無紋波系統(tǒng)的設(shè)計6.2.3 最少拍無紋波系統(tǒng)設(shè)計舉例6.3 大林算法6.3.1 大林算法的D（z）基本形式6.3.2 振鈴現(xiàn)象及其消除方法6.3.3 大林算法的設(shè)計步驟6.4 數(shù)字控制器D（z）的實現(xiàn)方法6.4.1 直接程序設(shè)計法6.4.2 串行程序設(shè)計法6.4.3 并行程序設(shè)計法6.4.4 數(shù)字控制器的設(shè)計習(xí)題6第7 計算機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)7.1 可靠性與抗干擾技術(shù)概述7.1.1 干擾竄入計算機(jī)控制系統(tǒng)的主要途徑7.1.2 干擾的耦合方式7.2 計算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件抗干擾技術(shù)7.2.1 過程通道干擾的抑制7.2.2 反射波干擾的抑制7.2.3 空間干擾的抑制7.2.4 RAM數(shù)據(jù)掉電保護(hù)7.3 計算機(jī)控制系統(tǒng)的接地和電源保護(hù)技術(shù)7.3.1 計算機(jī)控制系統(tǒng)的接地技術(shù)7.3.2 計算機(jī)控制系統(tǒng)的電源保護(hù)技術(shù)7.4 計算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件抗干擾技術(shù)7.4.1 指令冗余技術(shù)7.4.2 軟件陷阱技術(shù)7.4.3 故障自動恢復(fù)處理程序7.4.4 watchdog技術(shù)習(xí)題7第8 計算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)8.1 系統(tǒng)設(shè)計的基本要求和特點8.1.1 系統(tǒng)設(shè)計的基本要求8.1.2 系統(tǒng)設(shè)計的特點8.2 計算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計方法及步驟8.2.1 控制系統(tǒng)總體方案的確定8.2.2 計算機(jī)及接口的選擇8.2.3 控制算法的選擇8.2.4 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計8.2.5 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計8.2.6 計算機(jī)控制系統(tǒng)的調(diào)試8.3 儀器用溫箱溫度控制系統(tǒng)8.3.1 溫度控制系統(tǒng)的組成8.3.2 溫度控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計8.3.3 數(shù)字控制器的數(shù)學(xué)模型8.3.4 溫度控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計8.4 產(chǎn)品自動裝箱控制系統(tǒng)8.4.1 產(chǎn)品自動裝箱控制系統(tǒng)的原理及操作流程8.4.2 產(chǎn)品自動裝箱控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計8.4.3 產(chǎn)品自動裝箱控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計8.5 自動剪切機(jī)控制系統(tǒng)8.5.1 自動剪切機(jī)的組成及工作過程8.5.2 自動剪切機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計8.5.3 自動剪切機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計習(xí)題8 參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：第1章 緒論隨著計算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，計算機(jī)在自動控制領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛。如今，它在現(xiàn)代化的工、農(nóng)、醫(yī)、國防等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。因此，充分理解計算機(jī)控制系統(tǒng)是十分重要的。本章主要介紹計算機(jī)控制系統(tǒng)的組成、類型以及計算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展概況與趨勢。1.1自動控制系統(tǒng)的一般形式一般來說，自動控制系統(tǒng)隨著控制對象、控制規(guī)律和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的不同而具有不同的特點，但可歸納為圖1.1所示的兩種基本結(jié)構(gòu)。在控制系統(tǒng)中為了得到控制信號，通常要將被控參數(shù)和給定值進(jìn)行比較，得到誤差信號?？刂破鞲鶕?jù)誤差信號進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)的誤差減小，直到消除誤差，從而達(dá)到使被控參數(shù)的值趨于或等于給定值的目的。在這種控制中，由于被控制量是控制系統(tǒng)的輸出，同時被控制量又反饋到控制系統(tǒng)的輸入端，與給定值相減，所以稱為按誤差進(jìn)行控制的閉環(huán)控制系統(tǒng)，如圖1.1a所示。由圖1-1a可知，該系統(tǒng)通過測量元件對被控對象的被控參數(shù)、（如溫度、流量、壓力、轉(zhuǎn)速等）進(jìn)行測量，再由變送單元將被測參數(shù)變成一定形式的電信號，反饋給控制器?？刂破鲗⒎答佇盘枌?yīng)的工程量與給定值進(jìn)行比較，如有誤差，則控制器按照預(yù)定的控制規(guī)律產(chǎn)生控制信號來驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作，使被控參數(shù)的值達(dá)到預(yù)定的要求。

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