計(jì)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(dòng)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(shí)，對(duì)社會(huì)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(jì)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(shí)際教學(xué)中，根據(jù)社會(huì)需求，構(gòu)建具有時(shí)代特征、反映最新科技成果的知識(shí)體系是每個(gè)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(dòng)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(dòng)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(huì)電氣工程及自動(dòng)化學(xué)科教育委員會(huì)、中國電工技術(shù)學(xué)會(huì)高校工業(yè)自動(dòng)化教育專業(yè)委員會(huì)、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(dòng)化系列教材編審委員會(huì)”，組織出版新的電氣工程與自動(dòng)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(duì)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(dòng)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(shí)踐等環(huán)節(jié)，進(jìn)行選材組稿。對(duì)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(shí)體系、知識(shí)點(diǎn)和實(shí)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(shì)和方向。3.創(chuàng)新性：在教材編寫中強(qiáng)調(diào)與時(shí)俱進(jìn)，對(duì)原有的知識(shí)體系進(jìn)行實(shí)質(zhì)性的改革和發(fā)展，鼓勵(lì)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(shí)踐創(chuàng)新，以適應(yīng)新形勢(shì)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(shí)淵博，經(jīng)驗(yàn)豐富。

內(nèi)容概要

　　《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》系統(tǒng)地闡述了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分析方法、設(shè)計(jì)方法以及在工程上的實(shí)際應(yīng)用。主要內(nèi)容包括：計(jì)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(jì)，計(jì)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(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)?！队?jì)算機(jī)控制技術(shù)》注重理論與應(yīng)用、軟件與硬件、設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的有機(jī)結(jié)合，重視解決工程實(shí)際問題。為了便于教學(xué)和自學(xué)，《計(jì)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(dòng)控制系統(tǒng)的一般形式1.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的一般概念與組成1.2.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的一般概念1.2.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成1.3 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)1.4 計(jì)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(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)1.4.4 集散控制系統(tǒng)1.4.5 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)1.4.6 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)1.4.7 嵌入式控制系統(tǒng)1.5 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展概況與趨勢(shì)1.5.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展概況1.5.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)習(xí)題1第2章 過程輸入輸出通道2.1 信號(hào)的采樣與恢復(fù)2.1.1 信號(hào)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(jì)要點(diǎn)2.2.3 典型A／D轉(zhuǎn)換器與微機(jī)的接口設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)習(xí)題2第3章 常用應(yīng)用程序設(shè)計(jì)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(dòng)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(bào)警3.3.1 軟件報(bào)警程序設(shè)計(jì)3.3.2 直接報(bào)警程序設(shè)計(jì)3.4 鍵盤控制程序3.4.1 鍵盤的組成、特點(diǎn)及消除抖動(dòng)的措施3.4.2 獨(dú)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(jì)及重鍵處理技術(shù)3.5 顯示程序設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)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(diǎn)4.1.5 離散系統(tǒng)的分類4.2 計(jì)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(duì)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(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析4.3.1 Z平面上極點(diǎn)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(dòng)態(tài)特性4.4 計(jì)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(hào)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(shí)現(xiàn)5.5.1 位置式PID算法的程序設(shè)計(jì)5.5.2 增量式PID算法的程序設(shè)計(jì)5.5.3 積分分離PID算法的程序設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(jì)6.2 最少拍無紋波計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)6.2.1 單位階躍輸入最少拍無紋波系統(tǒng)的設(shè)計(jì)6.2.2 單位速度輸入最少拍無紋波系統(tǒng)的設(shè)計(jì)6.2.3 最少拍無紋波系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jì)步驟6.4 數(shù)字控制器D（z）的實(shí)現(xiàn)方法6.4.1 直接程序設(shè)計(jì)法6.4.2 串行程序設(shè)計(jì)法6.4.3 并行程序設(shè)計(jì)法6.4.4 數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)習(xí)題6第7 計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的接地和電源保護(hù)技術(shù)7.3.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的接地技術(shù)7.3.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的電源保護(hù)技術(shù)7.4 計(jì)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(dòng)恢復(fù)處理程序7.4.4 watchdog技術(shù)習(xí)題7第8 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)8.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求和特點(diǎn)8.1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求8.1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)8.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法及步驟8.2.1 控制系統(tǒng)總體方案的確定8.2.2 計(jì)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(jì)8.2.5 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)8.2.6 計(jì)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(jì)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(jì)8.4 產(chǎn)品自動(dòng)裝箱控制系統(tǒng)8.4.1 產(chǎn)品自動(dòng)裝箱控制系統(tǒng)的原理及操作流程8.4.2 產(chǎn)品自動(dòng)裝箱控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)8.4.3 產(chǎn)品自動(dòng)裝箱控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)8.5 自動(dòng)剪切機(jī)控制系統(tǒng)8.5.1 自動(dòng)剪切機(jī)的組成及工作過程8.5.2 自動(dòng)剪切機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)8.5.3 自動(dòng)剪切機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)習(xí)題8 參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：第1章 緒論隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，計(jì)算機(jī)在自動(dòng)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(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是十分重要的。本章主要介紹計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成、類型以及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展概況與趨勢(shì)。1.1自動(dòng)控制系統(tǒng)的一般形式一般來說，自動(dòng)控制系統(tǒng)隨著控制對(duì)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(diǎn)，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(hào)，通常要將被控參數(shù)和給定值進(jìn)行比較，得到誤差信號(hào)?？刂破鞲鶕?jù)誤差信號(hào)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(shí)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(cè)量元件對(duì)被控對(duì)象的被控參數(shù)、（如溫度、流量、壓力、轉(zhuǎn)速等）進(jìn)行測(cè)量，再由變送單元將被測(cè)參數(shù)變成一定形式的電信號(hào)，反饋給控制器?？刂破鲗⒎答佇盘?hào)對(duì)應(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(hào)來驅(qū)動(dòng)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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