計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

前言

當(dāng)今世界已經(jīng)進(jìn)入了信息時(shí)代。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用迅速滲透到各個領(lǐng)域。控制領(lǐng)域中計(jì)算機(jī)應(yīng)用從單板機(jī)、可編程控制器、微機(jī)系統(tǒng)到工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，推動了生產(chǎn)方式的革命。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)成為工業(yè)控制中最有潛力、最活躍的一個領(lǐng)域。隨著生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，以及對系統(tǒng)的要求愈來愈高，新的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、管理系統(tǒng)乃至將控制、管理一體化的綜合自動化系統(tǒng)正紛紛出現(xiàn)。本書以工業(yè)控制為出發(fā)點(diǎn)，以現(xiàn)代分布式控制系統(tǒng)思想為主線索，結(jié)合作者多年的工程應(yīng)用實(shí)踐，系統(tǒng)地介紹了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)方面的原理與設(shè)計(jì)方法。本書強(qiáng)調(diào)實(shí)用性和系統(tǒng)性相結(jié)合，同時(shí)注重近年來的新技術(shù)介紹。本書擬將配套出版相應(yīng)的多媒體教材版，以滿足各類讀者的需求。全書共分為8章。第一章作為基礎(chǔ)，概略介紹了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類、原理和組成；第二章介紹了過程輸入輸出通道技術(shù)；第三章介紹了數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)；第四章介紹了工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成；第五章介紹了控制系統(tǒng)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)；第六章介紹常見控制策略以及先進(jìn)控制方法的實(shí)現(xiàn)；第七章介紹了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法；第八章介紹了網(wǎng)絡(luò)集成式分散控制系統(tǒng)。各章中列舉了一些應(yīng)用實(shí)例，以幫助讀者理解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)原則與方法。本書參考學(xué)時(shí)為50學(xué)時(shí)左右，先修課程包括：微機(jī)原理及應(yīng)用、軟件技術(shù)基礎(chǔ)、自動控制原理等。本書由西南科技大學(xué)、南京化工大學(xué)、重慶大學(xué)三校老師合作編寫。本書的第一章、第五章由吳堅(jiān)、吳斌、于春梅編寫，第四章、第七章、第八章由李眾立、劉成安、李磊民、武麗、胡莉編寫，第二章、第三章、第六章由趙英凱、黃玉清、黃勤編寫。全書內(nèi)容由黃玉清、胡莉整理，由吳堅(jiān)教授統(tǒng)稿。本書的多媒體教材由黃玉清、于春梅和武麗設(shè)計(jì)制作。武漢理工大學(xué)出版社楊學(xué)忠、黃春、段超在本書的編寫出版過程中自始至終給予了熱情的關(guān)心、幫助和支持，并主持了本書的校審且提出了寶貴意見。在此，謹(jǐn)表深切的謝意。由于作者水平有限，加之當(dāng)今科學(xué)發(fā)展日新月異，盡管在編寫過程中盡心盡力，書中不足或缺點(diǎn)在所難免，敬請讀者見諒和批評指正，并能提出寶貴的意見。

內(nèi)容概要

　　本書通過總結(jié)作者的科研成果和吸收國內(nèi)外的先進(jìn)理論、方法和技術(shù)，以計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和與控制理論有機(jī)結(jié)合為基礎(chǔ)，從工業(yè)企業(yè)自動化系統(tǒng)的開放性、集散性、網(wǎng)絡(luò)化的觀點(diǎn)出發(fā)，將現(xiàn)代分布式控制系統(tǒng)作為主線索，先進(jìn)的控制技術(shù)作為支撐，結(jié)合典型控制系統(tǒng)，介紹和論述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的原理、分析設(shè)計(jì)方法和應(yīng)用技術(shù)?！　”緯饕榻B輸入輸出通道技術(shù)、數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、計(jì)算機(jī)控制策略與實(shí)現(xiàn)以及網(wǎng)絡(luò)集成式分布控制系統(tǒng)。在系統(tǒng)控制軟件設(shè)計(jì)中還介紹了系統(tǒng)組態(tài)、組態(tài)軟件的基本概念、方法和技術(shù)；在系統(tǒng)設(shè)計(jì)與組成介紹中，立中于現(xiàn)場級，以策略為內(nèi)核，把系統(tǒng)集成與實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)概念、方法和實(shí)現(xiàn)技術(shù)列為重點(diǎn)并兼顧管控一體化的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)?！　”緯勺鳛槠胀ǜ叩仍盒Ｗ詣踊?、電氣工程及其自動化、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、電子信息工程等專業(yè)及其相關(guān)專業(yè)的本科生、研究生及教師的教科書和教學(xué)參考書，也可作為廣大科技工作者和工程技術(shù)人員的參考書。

書籍目錄

1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概論(1)1.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類(1)1.1.1 典型的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(1)1.1.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類(4)1.1.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)(9)1.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)原理和組成(9)1.2.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)基本原理(10)1.2.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件組成(11)1.2.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件組成(13)1.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的性能及其指標(biāo)(13)1.3.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)(13)1.3.2 控制對象對控制性能的影響(14)1.3.3 控制系統(tǒng)的工業(yè)控制機(jī)特點(diǎn)(15)1.4 計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展與展望(16)1.4.1 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概論(16)1.4.2 新型控制策略與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(17)1.4.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)軟件技術(shù)的新發(fā)展(19)1.4.4 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(20)思考題和習(xí)題(22)2 過程輸入輸出通道技術(shù)(23)2.1 過程輸入輸出通道概述(23)2.1.1 模擬量輸入通道的一般結(jié)構(gòu)(23)2.1.2 模擬量輸出通道的基本結(jié)構(gòu)(24)2.1.3 開關(guān)量(數(shù)字量)輸入通道的基本結(jié)構(gòu)(24)2.1.4 開關(guān)量(數(shù)字量)輸出通道的基本結(jié)構(gòu)(25)2.2 數(shù)字量輸入輸出通道(25)2.2.1 數(shù)字量輸入輸出接口技術(shù)(25)2.2.2 數(shù)字量輸入通道(26)2.2.3 數(shù)字量輸出通道(28)2.3.模擬量輸出通道(29)2.3.1 D/A轉(zhuǎn)換器概述(29)2.3.2 常用D/A轉(zhuǎn)換器及其接口技術(shù)(31)2.3.3 D/A轉(zhuǎn)換模板(35)2.4 模擬量輸入輸出通道(38)2.4.1 模擬量輸入通道中的信號變換(38)2.4.2 A/D轉(zhuǎn)換器(39)2.4.3 常用A/D轉(zhuǎn)換器及其接口技術(shù)(42)2.4.4 A/D轉(zhuǎn)換模板(47)2.5 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)例(51)2.5.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成及基本功能(51)2.5.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例(52)思考題和習(xí)題(56)3 數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)(57)3.1 概述(57)3.1.1 模擬化設(shè)計(jì)方法(58)3.1.2 離散化設(shè)計(jì)方法(58)3.1.3 兩種方法的比較(58)3.2 模擬控制器的離散化(59)3.2.1 Z變換法(59)3.2.2 帶有零階保持器的Z變換法(60)3.2.3 差分變換法(60)3.2.4 雙線性變換法(61)3.2.5 各種離散化方法的比較(63)3.3 數(shù)字PID控制(64)3.3.1 理想微分PID控制(64)3.3.2 實(shí)際微分PID控制(65)3.3.3 控制算法實(shí)施中的具體問題(69)3.4 數(shù)字PID控制算式的改進(jìn)(73)3.4.1 微分先行(73)3.4.2 帶死區(qū)的PID算法(73)3.4.3 積分分離PID算法(74)3.4.4 IPD算法(75)3.5 數(shù)字PID參數(shù)整定方法(75)3.5.1 PID控制器參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響(76)3.5.2 采樣周期T的選擇(76)3.5.3 控制規(guī)律的選擇(78)3.5.4 擴(kuò)充比例度法(78)3.5.5 擴(kuò)充響應(yīng)曲線法（動態(tài)特性法）(80)3.5.6 衰減曲線法(80)3.5.7 數(shù)字PID的變參數(shù)整定(80)3.5.8 數(shù)字PID參數(shù)的最優(yōu)整定(81)3.6 數(shù)字控制器的直接設(shè)計(jì)方法(83)3.6.1 最少拍隨動系統(tǒng)設(shè)計(jì)(83)3.6.2 最少拍無紋波隨動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(86)3.6.3 大林控制算法(89)3.7 數(shù)字控制器的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)(94)3.7.1 直接型（Ⅰ）(94)3.7.2 直接型（Ⅱ）(95)3.7.3 串聯(lián)型實(shí)現(xiàn)(96)3.7.4 并聯(lián)型的實(shí)現(xiàn)(98)3.7.5 控制算法實(shí)現(xiàn)舉例(99)3.7.6 控制算法的程序?qū)崿F(xiàn)(100)思考題和習(xí)題(102)4 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組成概述(103)4.1 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)及發(fā)展演變(103)4.1.1 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的組成結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)(103)4.1.2 工業(yè)控制機(jī)總線結(jié)構(gòu)(106)4.1.3 工業(yè)控制機(jī)進(jìn)展(117)4.2 總線工控機(jī)產(chǎn)品(119)4.2.1 IPC工業(yè)控制機(jī)(119)4.2.2 外圍接口部件(123)4.2.3 工業(yè)控制系統(tǒng)中的人-機(jī)接口技術(shù)(127)4.2.4 嵌入式PC機(jī)(131)4.2.5 ADAM5510“嵌入式”控制器(137)4.3 可編程邏輯控制器（PLC）(142)4.3.1 PLC發(fā)展及工控特點(diǎn)(142)4.3.2 PLC產(chǎn)品概覽(145)4.3.3 西門子(SIEMENS)可編程控制器(145)4.4 硬件系統(tǒng)集成應(yīng)用(151)4.4.1 硬件組態(tài)集成概述(151)4.4.2 系統(tǒng)集成舉例(153)思考題和習(xí)題(157)5 控制系統(tǒng)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)(158)5.1.工控機(jī)軟件組成(158)5.1.1 系統(tǒng)軟件(158)5.1.2 開發(fā)工具軟件(161)5.1.3 應(yīng)用軟件(165)5.2 控制環(huán)節(jié)的軟件思路(166)5.2.1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用(166)5.2.2 測量數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)(170)5.2.3 數(shù)字控制器的工程實(shí)現(xiàn)(174)5.2.4 系統(tǒng)的有限字長數(shù)值問題(175)5.2.5 軟件抗干擾技術(shù)(178)5.3 控制環(huán)節(jié)程序范例(181)5.3.1 標(biāo)度變換程序(181)5.3.2 數(shù)字濾波程序(183)5.3.3 數(shù)字PID算法程序(184)5.3.4 串行通信程序(189)5.4 監(jiān)控組態(tài)軟件(193)5.4.1 概述(193)5.4.2 組態(tài)軟件的功能簡介(193)5.4.3 世紀(jì)星組態(tài)軟件簡介(195)5.4.4 組態(tài)軟件應(yīng)用(198)思考題和習(xí)題(200)6 計(jì)算機(jī)控制策略與實(shí)現(xiàn)(201)6.1 串級控制(201)6.2 前饋控制(202)6.2.1 基本概念(202)6.2.2 應(yīng)用的舉例(206)6.3 大純滯后控制(208)6.3.1 Smith預(yù)估時(shí)間補(bǔ)償(209)6.3.2 純滯后采樣控制(211)6.4 計(jì)算指標(biāo)控制(214)6.5 超馳控制系統(tǒng)(217)6.6 Bang-Bang控制(218)6.6.1 概念(218)6.6.2 開關(guān)曲線(219)6.6.3 雙模調(diào)節(jié)(221)6.7 預(yù)測控制(223)6.7.1 預(yù)測控制的結(jié)構(gòu)形式(223)6.7.2 模型算法控制(224)6.7.3 動態(tài)矩陣控制(226)6.7.4 預(yù)測控制的性質(zhì)(232)思考題和習(xí)題(233)7 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)(234)7.1 控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)方法(234)7.1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則(234)7.1.2 工程項(xiàng)目的確定(236)7.1.3 工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)(237)7.1.4 項(xiàng)目仿真與調(diào)試(238)7.2 控制系統(tǒng)可靠性技術(shù)(239)7.2.1 工業(yè)控制機(jī)的可靠性措施(239)7.2.2 控制系統(tǒng)的抗干擾措施(241)7.2.3 軟件設(shè)計(jì)的可靠性措施(245)7.3 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)(246)7.3.1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)(246)7.3.2 硬件的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)(247)7.3.3 軟件的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)(249)7.3.4 系統(tǒng)的調(diào)試與運(yùn)行(252)7.4 控制系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)式設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)范例(255)7.4.1 概述(255)7.4.2 方案設(shè)計(jì)(255)7.4.3 硬軟件設(shè)計(jì)與調(diào)試(256)7.5 控制系統(tǒng)集成式設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)范例(260)7.5.1 范例對象描述與需求分析(261)7.5.2 方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)集成(262)思考題和習(xí)題(268)8 網(wǎng)絡(luò)集成式分散控制系統(tǒng)(269)8.1 數(shù)據(jù)通信與工業(yè)網(wǎng)絡(luò)(269)8.1.1 概述(269)8.1.2 網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)與通信協(xié)議(271)8.1.3 工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)收發(fā)控制方式(274)8.1.4 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的性能評價(jià)和選型(274)8.2 集散控制系統(tǒng)(276)8.2.1 DCS概述(276)8.2.2 DCS的分散過程控制級(280)8.2.3 DCS的集中操作監(jiān)控級(282)8.2.4 DCS的綜合信息管理級(282)8.2.5 TDCS3000集散控制系統(tǒng)簡介(284)8.3 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(285)8.3.1 現(xiàn)場總線概述(285)8.3.2 FCS體系結(jié)構(gòu)(290)8.4 移動式混凝土廠拌設(shè)備FCS系統(tǒng)實(shí)例(292)8.4.1 概述(292)8.4.2 現(xiàn)場測控儀表設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)(294)8.4.3 控制系統(tǒng)及上位機(jī)設(shè)計(jì)(297)8.4.4 混凝土站網(wǎng)絡(luò)集成式控制管理系統(tǒng)(299)思考題和習(xí)題(300)有關(guān)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的網(wǎng)站地址(301)參考文獻(xiàn)(303)

章節(jié)摘錄

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編輯推薦

《計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)》可作為普通高等院校自動化、電氣工程及其自動化、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、電子信息工程等專業(yè)及其相關(guān)專業(yè)的本科生、研究生及教師的教科書和教學(xué)參考書，也可作為廣大科技工作者和工程技術(shù)人員的參考書。

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