計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)-第2版

內(nèi)容概要

　　本書(shū)內(nèi)容覆蓋了工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、輸入/輸出接口與過(guò)程通道技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)控制算法、計(jì)算機(jī)控制軟件技術(shù)與工控組態(tài)軟件、分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)等。本書(shū)還將MATLAB/Simulink用于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分析和控制器的設(shè)計(jì)，以引導(dǎo)讀者能按理論分析、仿真研究、工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)等步驟，循序漸進(jìn)地進(jìn)行計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。
　　本書(shū)是作者在總結(jié)近年的教學(xué)和科研成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展和課程教學(xué)內(nèi)容的改革要求，在第1版的基礎(chǔ)上編寫(xiě)而成。
　　本書(shū)可供自動(dòng)化類、電氣工程類、電子信息類、機(jī)械工程類等專業(yè)學(xué)生作為教材使用，也可供工程技術(shù)人員閱讀參考。

書(shū)籍目錄

前言
第1章　緒論
　1．1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述
　1．1．1一般概念
　1．1．2系統(tǒng)的組成
　1．1．3系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)
　1．2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)例簡(jiǎn)介
　1．2．1計(jì)算機(jī)過(guò)程控制系統(tǒng)
　1．2．2計(jì)算機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)
　1．3計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)性能
　1．3．1系統(tǒng)性能指標(biāo)
　1．3．2控制對(duì)象對(duì)控制性能的影響
　1．4計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展概況與趨勢(shì)
　1．4．1發(fā)展概況
　1．4．2發(fā)展趨勢(shì)
　思考題與習(xí)題
第2章　輸入/輸出接口與過(guò)程通道技術(shù)
　2．1輸入/輸出過(guò)程通道概述
　2．2模擬量輸入通道
　2．2．1信號(hào)調(diào)理
　2．2．2多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)
　2．2．3可編程增益放大器
　2．2．4采樣保持器
　2．2．5A/D轉(zhuǎn)換器
　2．2．6模擬量輸入通道設(shè)計(jì)舉例
　2．3模擬量輸出接口與通道
　2．3．1模擬量輸出通道
　2．3．2D/A轉(zhuǎn)換器及其接口
　2．3．3電壓/電流轉(zhuǎn)換器
　2．4數(shù)字量（開(kāi)關(guān)量）輸入/輸出通道
　2．4．1數(shù)字量（開(kāi)關(guān)量）輸入/輸出通道概述
　2．4．2數(shù)字量（開(kāi)關(guān)量）輸入通道
　2．4．3數(shù)字量（開(kāi)關(guān)量）輸出通道
　2．5過(guò)程通道的抗干擾與可靠性設(shè)計(jì)
　2．5．1干擾源與干擾的耦合
　2．5．2過(guò)程通道抗干擾措施
　2．6測(cè)量數(shù)據(jù)的預(yù)處理
　2．6．1數(shù)字濾波
　2．6．2其他數(shù)據(jù)預(yù)處理
　思考題與習(xí)題
第3章　工業(yè)控制計(jì)算機(jī)
　3．1工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)與組成結(jié)構(gòu)
　3．1．1工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)
　3．1．2工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的組成結(jié)構(gòu)和分類
　3．2工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的總線結(jié)構(gòu)
　3．2．1總線結(jié)構(gòu)概述及分類
　3．2．2常用總線
　3．3總線型工業(yè)控制計(jì)算機(jī)
　3．3．1IPC工業(yè)控制機(jī)
　3．3．2DCS現(xiàn)場(chǎng)控制站
　思考題與習(xí)題
第4章　計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)
　4．1信號(hào)的采樣與保持
　4．1．1采樣過(guò)程
　4．1．2采樣過(guò)程的數(shù)學(xué)描述及特性分析
　4．1．3信號(hào)保持
　4．1．4采樣定理
　4．2Z變換理論
　4．2．1Z變換定義
　4．2．2Z變換性質(zhì)
　4．2．3Z變換方法
　4．2．4Z反變換
　4．3計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述
　4．3．1差分方程及其求解
　4．3．2脈沖傳遞函數(shù)
　4．4計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分析
　4．4．1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析
　4．4．2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差分析
　4．4．3計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)
　4．5連續(xù)系統(tǒng)的離散化
　4．5．1連續(xù)系統(tǒng)的離散化方法及特點(diǎn)
　4．5．2MATLAB在連續(xù)域—離散域變換中的應(yīng)用
　4．5．3采樣周期及保持器對(duì)離散系統(tǒng)的影響
　思考題與習(xí)題
第5章　數(shù)字PID控制算法
　5．1準(zhǔn)連續(xù)PID控制算法
　5．1．1模擬PID調(diào)節(jié)器
　5．1．2基本數(shù)字PID控制
　5．2數(shù)字PID控制的改進(jìn)
　5．2．1積分項(xiàng)的改進(jìn)
　5．2．2微分項(xiàng)的改進(jìn)
　5．2．3其他改進(jìn)算法
　5．3數(shù)字PID參數(shù)的整定
　5．3．1PID控制器參數(shù)對(duì)控制性能的影響
　5．3．2控制周期的選取
　5．3．3PID控制參數(shù)的工程整定法
　5．3．4PID控制參數(shù)的自整定法
　5．4數(shù)字PID控制器的工程實(shí)現(xiàn)
　5．4．1給定值處理
　5．4．2被控量處理
　5．4．3偏差處理
　5．4．4PID計(jì)算
　5．4．5控制量處理
　5．4．6自動(dòng)/手動(dòng)切換
　5．4．7無(wú)擾動(dòng)切換
　5．4．8PID控制塊參數(shù)表
　5．5MATLAB在數(shù)字PID控制器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
　5．5．1PID控制算法的M文件編寫(xiě)
　5．5．2利用Simulink設(shè)計(jì)數(shù)字PID控制器
　思考題與習(xí)題
第6章　復(fù)雜控制算法
　6．1數(shù)字控制器設(shè)計(jì)原理
　6．2最小拍控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
　6．2．1最小拍控制原理
　6．2．2最小拍控制器設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性問(wèn)題
　6．2．3無(wú)紋波最小拍控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
　6．2．4有限拍控制
　6．2．5慣性因子法
　6．3純滯后控制
　6．3．1施密斯預(yù)估控制
　6．3．2大林算法
　6．4常用多回路控制
　6．4．1串級(jí)控制
　6．4．2前饋?反饋控制
　6．5模型預(yù)測(cè)控制
　6．5．1模型預(yù)測(cè)控制的基本原理
　6．5．2模型算法控制
　6．5．3動(dòng)態(tài)矩陣控制
　6．5．4預(yù)測(cè)控制軟件包
　6．6模糊控制
　6．6．1模糊控制概述
　6．6．2模糊控制的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)
　6．6．3模糊控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理
　6．6．4模糊控制器的設(shè)計(jì)步驟與方法
　6．6．5模糊控制器的改進(jìn)
　6．6．6MATLAB在模糊控制器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
　思考題與習(xí)題
第7章　計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
　7．1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)軟件概述
　7．1．1系統(tǒng)軟件的組成
　7．1．2系統(tǒng)軟件的功能
　7．2實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)
　7．2．1數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)概述
　7．2．2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)
　7．2．3實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)
　7．2．4實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)例
　7．3計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
　7．3．1應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)的需求
　7．3．2操作系統(tǒng)的選擇
　7．3．3應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)平臺(tái)
　7．3．4實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的選擇
　7．3．5應(yīng)用軟件的構(gòu)建
　7．3．6應(yīng)用軟件編程的基本方法
　7．3．7實(shí)時(shí)控制程序的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
　7．4工控組態(tài)軟件
　7．4．1工控組態(tài)軟件概述
　7．4．2工控組態(tài)軟件的組成與特點(diǎn)
　7．4．3工控組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)及調(diào)試
　7．4．4用工控組態(tài)軟件構(gòu)建應(yīng)用控制軟件的基本步驟
　思考題與習(xí)題
第8章　分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)
　8．1分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述
　8．1．1系統(tǒng)的基本組成
　8．1．2系統(tǒng)的特點(diǎn)
　8．1．3系統(tǒng)的發(fā)展
　8．2分布式控制系統(tǒng)（DCS）的體系結(jié)構(gòu)
　8．2．1DCS的層次結(jié)構(gòu)
　8．2．2DCS的硬件結(jié)構(gòu)
　8．2．3DCS的軟件結(jié)構(gòu)
　8．2．4DCS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
　8．2．5DCS實(shí)例
　8．3分布式控制系統(tǒng)基本類型
　8．3．1集散型控制系統(tǒng)
　8．3．2集散型控制系統(tǒng)存在的問(wèn)題及發(fā)展趨勢(shì)
　8．3．3基于IPC構(gòu)成的分布式控制系統(tǒng)
　8．3．4基于PLC構(gòu)成的分布式控制系統(tǒng)
　8．4現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)
　8．4．1現(xiàn)場(chǎng)總線概述
　8．4．2基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線
　8．4．3過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)總線
　8．4．4LonWorks總線
　8．4．5HART通信協(xié)議
　8．4．6CAN總線2478．4．7現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
　8．5基于工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)總線的分布式控制系統(tǒng)
　8．5．1工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)
　8．5．2基于工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)總線構(gòu)成的分布式控制系統(tǒng)
　思考題與習(xí)題
第9章　計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
　9．1系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則與步驟
　9．1．1系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則
　9．1．2系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟
　9．2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性技術(shù)
　9．2．1控制系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)
　9．2．2控制系統(tǒng)的軟件可靠性設(shè)計(jì)
　9．2．3控制系統(tǒng)的冗余設(shè)計(jì)
　9．2．4自動(dòng)/手動(dòng)切換
　9．3基于工業(yè)PC的計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例
　9．3．1系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
　9．3．2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
　9．3．3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
　9．4基于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例1
　9．4．1系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
　9．4．2系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
　9．4．3系統(tǒng)硬件設(shè)備選型與設(shè)計(jì)
　9．4．4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及系統(tǒng)組態(tài)
　9．5基于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例2
　9．5．1控制功能要求
　9．5．2FSSS控制功能
　9．5．3CCS控制功能
　9．5．4MCS功能
　9．5．5第三方設(shè)備/系統(tǒng)通信站的冗余設(shè)計(jì)
　9．5．6系統(tǒng)配置
　9．6帶材糾偏計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例
　9．6．1控制功能要求與方案設(shè)計(jì)
　9．6．2硬件設(shè)計(jì)方案
　9．6．3軟件設(shè)計(jì)方案
　9．6．4系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型與控制算法
　思考題與習(xí)題
參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　通過(guò)將所有新的信息存人工作和備用的接口模塊，使備用網(wǎng)絡(luò)接口模塊或高速公路接口與處于工作狀態(tài)的接口模塊盡量保持一致，而信息只從處于工作狀態(tài)的接口模塊中輸出，周期地進(jìn)行出錯(cuò)校驗(yàn)和其他例行檢查，以決定當(dāng)工作-模塊失靈時(shí)，備用接口模塊立即投入運(yùn)行。如果接口模塊失靈，則在提醒操作員的同時(shí)，將備用模塊切人工作狀態(tài)，其切換時(shí)間小于Ss。由于開(kāi)關(guān)切換沒(méi)有考慮系統(tǒng)的故障和對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的沖擊，因此，操作員應(yīng)密切注意切換過(guò)程。與接口模塊一樣，應(yīng)用模塊的切換是在失靈后的Ss內(nèi)完成的，因此輸出作用和有關(guān)信息都不會(huì)丟失?！　?）在TDC 3000的局部控制網(wǎng)中，一根通信電纜作為主要電纜，另一根則作為備用電纜，所有信息同時(shí)在兩根電纜中傳送，但是各個(gè)模塊只從主要電纜中接受信息。系統(tǒng)定期地發(fā)布命令到所有模塊中去進(jìn)行主要電纜和備用電纜之間的切換。若有某一個(gè)模塊不能從主要電纜中接受到信息，那么它就切換到備用電纜中接受信息，并且發(fā)送一個(gè)出錯(cuò)信號(hào)給錯(cuò)誤日志和操作員。在TDC 3000的數(shù)據(jù)高速公路上，也使用類似于局部控制網(wǎng)的雙纜結(jié)構(gòu)，一根為主要電纜，另一根為備用電纜，，TDC 3000系統(tǒng)周期地切換使用通信電纜，以保證兩者的正常工作，當(dāng)有一根電纜失效或出錯(cuò)，則相應(yīng)的模塊即自動(dòng)地切換到備用電纜上。UCN和數(shù)據(jù)高速公路電纜以及與之相連的各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)都能在操作站上監(jiān)視，在任何時(shí)候，操作員都可以切換到備用電纜上。TDC 3000的這種結(jié)構(gòu)使得它可以在維護(hù)時(shí)取下或裝上某一模塊而不對(duì)整個(gè)系統(tǒng)造成影響，因此TDC 3000的維護(hù)工作可以在線進(jìn)行?！　?.3.2 集散型控制系統(tǒng)存在的問(wèn)題及發(fā)展趨勢(shì)　　DCS以多臺(tái)微處理器分散應(yīng)用于生產(chǎn)過(guò)程控制，完成數(shù)據(jù)采集和處理、連續(xù)及順序控制等，從而克服了集中控制系統(tǒng)存在危險(xiǎn)集中、常規(guī)儀表控制功能單一等問(wèn)題。同時(shí)由于計(jì)算機(jī)技術(shù)和制造工藝的發(fā)展使DCS的可靠性得以提高?？梢哉f(shuō)，DCS的出現(xiàn)是控制系統(tǒng)發(fā)展過(guò)程中的一個(gè)重要里程碑。從當(dāng)前DCS應(yīng)用的情況來(lái)看，DCS取代常規(guī)儀表應(yīng)用于工業(yè)過(guò)程控制，其應(yīng)用的效益主要體現(xiàn)在下列幾個(gè)方面：由于DCS具有較高的可靠性，大大降低了系統(tǒng)運(yùn)行的故障率，延長(zhǎng)了系統(tǒng)正常運(yùn)行的時(shí)間；DCS的應(yīng)用提高了控制系統(tǒng)的控制精度，可以在一些生產(chǎn)過(guò)程中采取“卡邊控制”；由于實(shí)現(xiàn)了集中監(jiān)控，使操作更加方便，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度?！　　?/pre>








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