計算機(jī)控制技術(shù)

前言

本書是普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材。在自動控制領(lǐng)域，計算機(jī)在計算、數(shù)據(jù)處理等方面獲得了極大的成功，它承擔(dān)著控制系統(tǒng)中控制器的角色，直接參與控制，從而形成了計算機(jī)控制系統(tǒng)。它的參與對控制系統(tǒng)的性能、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及控制理論等多方面都產(chǎn)生了極為深刻的影響。本書介紹計算機(jī)控制系統(tǒng)的組成、工作原理及其特點，并著重說明計算機(jī)參與控制后給控制理論及控制系統(tǒng)設(shè)計所帶來的新問題。由于理論基礎(chǔ)、實際需要和物質(zhì)條件這3個因素，使計算機(jī)控制成為一門迅速發(fā)展的新興學(xué)科。在沒有特別說明的情況下，本書主要闡述以微型計算機(jī)為控制器的控制系統(tǒng)，講解系統(tǒng)的組成、原理、控制過程、系統(tǒng)特性及相關(guān)新技術(shù)應(yīng)用，將控制對象、傳感器、通道及接口、數(shù)字控制器、系統(tǒng)軟件和各種應(yīng)用軟件組織成一個有機(jī)的整體，形成完整的計算機(jī)控制系統(tǒng)，從而達(dá)到完整的“控制”目的。本書主要特點是，對經(jīng)典控制系統(tǒng)的基本控制算法、數(shù)學(xué)變換、控制參數(shù)整定等，采用適度引入，應(yīng)用其定理、定義和結(jié)論的方法進(jìn)行講解；將輸入/輸出通道接口技術(shù)同相應(yīng)的輸入/輸出設(shè)備及控制作為一個整體考慮，使讀者容易接受控制系統(tǒng)中的模塊化概念，使內(nèi)容更具有連貫性和完整性；在模糊控制系統(tǒng)中，引入FUZZY理論，深度和廣度適度，明確模糊理論在控制系統(tǒng)中的作用；在總線接口技術(shù)中，著重介紹當(dāng)前應(yīng)用于各種儀器設(shè)備上的PCI接口總線和USB接口總線；針對多機(jī)控制系統(tǒng)在現(xiàn)代計算機(jī)控制系統(tǒng)中的發(fā)展趨勢，對幾種主導(dǎo)市場的現(xiàn)場總線技術(shù)進(jìn)行介紹；介紹計算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計方法和步驟，選取了經(jīng)典的實例，作為各種相關(guān)技術(shù)的綜合應(yīng)用。本書在第一版的基礎(chǔ)上，總結(jié)實際教學(xué)和實踐經(jīng)驗，對絕大多數(shù)的章節(jié)進(jìn)行了修改和增刪。在第5章中增加了串級、前饋和解耦控制內(nèi)容，增加了第8章，將原第8章改為第9章并做了相應(yīng)的修改。本書著重于建立學(xué)生對計算機(jī)控制系統(tǒng)的整體概念，培養(yǎng)學(xué)生軟件、硬件相結(jié)合的系統(tǒng)設(shè)計能力。對計算機(jī)及相近專業(yè)的學(xué)生，根據(jù)課程設(shè)置的需要，可選講部分章節(jié)的內(nèi)容。本書的第1章、第6章、第7章由朱玉璽編寫，第2章、第3章、第4章和第8章由崔如春編寫，第5章、第9章由鄺小磊編寫。全書由朱玉璽統(tǒng)稿。在本書編寫過程中，始終得到了電子工業(yè)出版社的支持，使本書得以順利完成。由于我們水平有限，加上時間倉促，書中一定會有一些錯誤，殷切希望得到廣大讀者和同仁的批評指正，以便使本書的質(zhì)量得到進(jìn)一步的提高。編著者2009年12月

內(nèi)容概要

朱玉璽、崔如春、鄺小磊編著的《計算機(jī)控制技術(shù)（第2版）》是普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材。本書著重介紹計算機(jī)控制系統(tǒng)的組成、基本控制算法及軟、硬件系統(tǒng)在工業(yè)控制中的應(yīng)用技術(shù)。全書共9章，主要內(nèi)容以典型微型計算機(jī)（工控機(jī)和單片機(jī)）控制系統(tǒng)為例，介紹一般性控制系統(tǒng)的基本概念、原理和各組成部分，分別講述輸入/輸出通道接口技術(shù)、順序控制與數(shù)字程序控制、數(shù)字控制器的設(shè)計、模糊控制技術(shù)、多微處理器控制系統(tǒng)、控制技術(shù)中的計算機(jī)系統(tǒng)、計算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計等內(nèi)容。
《計算機(jī)控制技術(shù)（第2版）》可作為高等院校計算機(jī)應(yīng)用、自動化、電子工程、機(jī)電工程等專業(yè)計算機(jī)控制技術(shù)課程的教材，也可作為從事計算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計工程技術(shù)人員的參考書。

書籍目錄

第1章  緒論
  1.1  控制系統(tǒng)組成
  1.2  計算機(jī)控制系統(tǒng)的分類
  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)的發(fā)展?fàn)顩r
  習(xí)題1
第2章  輸入通道接口技術(shù)
  2.1  信號測量與傳感器技術(shù)
    2.1.1  溫度測量傳感器
    2.1.2  壓力測量傳感器
    2.1.3  流量測量傳感器
  2.2  模擬信號輸入通道接口
    2.2.1  模擬多路開關(guān)
    2.2.2  A/D轉(zhuǎn)換器
    2.2.3  數(shù)據(jù)采集與處理方法
  2.3  鍵盤接口技術(shù)
    2.3.1  獨立式按鍵
    2.3.2  行列式鍵盤
    2.3.3  軟鍵盤與觸摸屏接口
  2.4  開關(guān)量信號輸入接口
    2.4.1  多路開關(guān)量信號輸入接口技術(shù)
    2.4.2  光電隔離與大功率輸入接口技術(shù)
  習(xí)題2
第3章  輸出通道接口技術(shù)
  3.1  模擬信號輸出通道接口
    3.1.1  D/A轉(zhuǎn)換器
    3.1.2  PWM技術(shù)
  3.2  LED顯示器及其接口技術(shù)
    3.2.1  動態(tài)LED顯示器接口技術(shù)
    3.2.2  靜態(tài)LED顯示器接口技術(shù)
  3.3  LCD顯示器接口技術(shù)
    3.3.1  單色LCD顯示原理
    3.3.2  彩色LCD顯示原理
    3.3.3  單色LCD器件的驅(qū)動方式
    3.3.4  點陣式單色LCD顯示器的接口
  3.4  開關(guān)量輸出接口技術(shù)
    3.4.1  輸出接口光電隔離技術(shù)
    3.4.2  繼電器輸出接口
    3.4.3  大功率輸出接口
  3.5  電動機(jī)控制接口技術(shù)
    3.5.1  小功率直流電動機(jī)調(diào)速原理及控制接口
    3.5.2  步進(jìn)電機(jī)工作原理及控制接口
  習(xí)題3
第4章  順序控制與數(shù)字程序控制
  4.1  順序控制
  4.2  數(shù)字程序控制
    4.2.1  逐點比較插補法
    4.2.2  數(shù)字積分器插補法
  習(xí)題4
第5章  數(shù)字控制器的設(shè)計
  5.1  計算機(jī)控制系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)
    5.1.1  控制系統(tǒng)中信號的基本形式與控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)
    5.1.2  連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述
    5.1.3  離散系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述
    5.1.4  Z變換
    5.1.5  離散系統(tǒng)的傳遞函數(shù)
    5.1.6  采樣周期的選擇
  5.2  數(shù)字控制器的PID設(shè)計方法
    5.2.1  PID設(shè)計方法
    5.2.2  PID算法的離散形式
    5.2.3  PID算法數(shù)字控制器的改進(jìn)
    5.2.4  PID算法數(shù)字控制器的參數(shù)整定
  5.3  數(shù)字控制器的直接設(shè)計方法
    5.3.1  最少拍無差系統(tǒng)
    5.3.2  最少拍無紋波系統(tǒng)
    5.3.3  純滯后系統(tǒng)
  5.4  串級控制
  5.5  前饋控制
  5.6  解耦控制
  5.7  控制算法的實現(xiàn)
    5.7.1  直接實現(xiàn)法
    5.7.2  級聯(lián)實現(xiàn)法
    5.7.3  并行實現(xiàn)法
  習(xí)題5
第6章  模糊控制技術(shù)
  6.1  模糊控制發(fā)展概況
  6.2  常見的控制器類型及模糊規(guī)則
  6.3  簡單模糊邏輯控制系統(tǒng)
  6.4  基本模糊控制器設(shè)計
  6.5  模糊數(shù)學(xué)模型
  6.6  模糊控制的發(fā)展
  習(xí)題6
第7章  多微處理器控制系統(tǒng)
  7.1  多微處理器控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式
  7.2  多微處理器控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信
  7.3  多微處理器控制系統(tǒng)總線
    7.3.1  并行總線
    7.3.2  串行通信標(biāo)準(zhǔn)總線
    7.3.3  現(xiàn)場總線技術(shù)
  習(xí)題7
第8章  控制技術(shù)中的計算機(jī)系統(tǒng)
  8.1  工業(yè)控制計算機(jī)（IPC）
  8.2  可編程控制器（PLC）
  8.3  嵌入式系統(tǒng)
    8.3.1  嵌入式系統(tǒng)簡介
    8.3.2  嵌入式系統(tǒng)開發(fā)步驟
    8.3.3  嵌入式系統(tǒng)的硬件設(shè)計
    8.3.4  嵌入式系統(tǒng)的軟件設(shè)計
    8.3.5  嵌入式操作系統(tǒng)的簡介與選用
  習(xí)題8
第9章  計算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計
  9.1  計算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟與方法
    9.1.1  總體方案的確定
    9.1.2  計算機(jī)控制系統(tǒng)輸入部分的設(shè)計
    9.1.3  確定控制算法
    9.1.4  計算機(jī)控制系統(tǒng)輸出部分的設(shè)計
    9.1.5  計算機(jī)控制系統(tǒng)的調(diào)試
  9.2  計算機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性設(shè)計
  9.3  計算機(jī)控制系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)
    9.3.1  一硬件抗干擾技術(shù)
    9.3.2  軟件抗干擾技術(shù)
  9.4  計算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計舉例
  習(xí)題9
附錄A  常用函數(shù)的拉氏變換與Z變換對照表
附錄B  部分習(xí)題參考答案
參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：   插圖：   第4章 順序控制與數(shù)字程序控制 順序控制與數(shù)字程序控制是自動控制領(lǐng)域的一個重要方面，均屬于開環(huán)控制。順序控制與數(shù)字程序控制在生產(chǎn)自動線控制、機(jī)床控制、運輸機(jī)械控制等工業(yè)自動控制系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。本章主要講述順序控制系統(tǒng)與數(shù)字程序控制系統(tǒng)的基本概念，順序控制系統(tǒng)的組成、工作原理及其控制方法。對于平面加工系統(tǒng)中常用的數(shù)字程序控制算法——逐點比較插補法、數(shù)字積分器插補法均進(jìn)行詳細(xì)的介紹。其中，逐點比較插補法（包括直線插補法和圓弧插補法）是這些控制算法中的重點。最后，以PC作為控制機(jī)，以8086匯編語言的例子說明算法的編程實現(xiàn)過程。 4.1 順序控制 順序控制就是以預(yù)先規(guī)定好的時間或條件為依據(jù)，按預(yù)先規(guī)定好的動作次序順序地完成工作的自動控制。簡而言之，就是按時序或事序規(guī)定工作的自動控制。在工業(yè)生產(chǎn)中，許多生產(chǎn)工序，如運輸、加工、檢驗、裝配、包裝等，都要求順序控制。在一個復(fù)雜的大型計算機(jī)控制系統(tǒng)中，許多環(huán)節(jié)需要采用順序控制的方法，例如，有些生產(chǎn)機(jī)械要求在現(xiàn)場輸入信號（行程開關(guān)、按鈕、光電開關(guān)、各種繼電器等）作用下，根據(jù)一定的轉(zhuǎn)換條件實現(xiàn)有順序的開關(guān)動作；而有些生產(chǎn)機(jī)械則要求按一定的時間先后次序?qū)崿F(xiàn)有順序的開關(guān)動作。下面舉例說明順序控制的過程。 1.鉆孔動力頭的順序控制 某機(jī)械加工自動線中，一個鉆孔動力頭的工作步驟如下： ①初始狀態(tài)為鉆孔動力頭在原位，原位行程開關(guān)S0受壓閉合； ②按下鉆孔動力頭啟動按鈕A，此時電磁閥D1通電動作，鉆孔動力頭快進(jìn)； ③鉆孔動力頭接近工件時，碰上行程開關(guān)S1（閉合），電磁閥D2通電動作（D1仍通電保持），鉆孔動力頭由快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)； ④工進(jìn)到位，碰上行程開關(guān)S2（閉合），開始延時（繼續(xù)工進(jìn)）； ⑤延時時間到，D1、D2斷電，D3通電，鉆孔動力頭快退： ⑥鉆孔動力頭退回到原位（行程開關(guān)S0受壓閉合），D3斷電，鉆孔動力頭停止。 這樣，鉆孔動力頭在完成了一個循環(huán)的加工動作后，回到起始狀態(tài)，準(zhǔn)備開始下一個循環(huán)的加工動作。

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