計(jì)算機(jī)控制技術(shù)

前言

　　根據(jù)2003年1月教育部組織的全國(guó)高等學(xué)校教學(xué)研究中心在黑龍江工程學(xué)院召開的“21世紀(jì)中國(guó)高等學(xué)校應(yīng)用型人才培養(yǎng)體系的創(chuàng)新與實(shí)踐"課題審定會(huì)的有關(guān)精神，在原高等學(xué)校通用的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)理工類應(yīng)用型本科專業(yè)的特點(diǎn)，編寫了計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的教材?！　∮?jì)算機(jī)控制技術(shù)主要內(nèi)容包括四部分：第一部分主要介紹計(jì)算機(jī)控制技術(shù)基礎(chǔ)，包括計(jì)算機(jī)控制技術(shù)概述、輸入、輸出通道的原理及數(shù)字濾波技術(shù)處理；第二部分主要討論計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的控制算法、數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)及其應(yīng)用；第三部分主要討論研究工業(yè)控制計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)集成式分散控制系統(tǒng)；第四部分主要介紹計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和應(yīng)用?！　榱俗屪x者能全面、系統(tǒng)地掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的知識(shí)，達(dá)到教育部對(duì)應(yīng)用型本科的要求，在編寫本教材時(shí)，根據(jù)應(yīng)用型本科的特點(diǎn)，力求由淺入深，循序漸進(jìn)，通俗易懂，基本概念和基本知識(shí)的解釋準(zhǔn)確清晰，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)知識(shí)的介紹簡(jiǎn)明扼要，注重將計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件和軟件有機(jī)地結(jié)合起來，注重計(jì)算機(jī)工業(yè)控制的軟件設(shè)計(jì)及其應(yīng)用，并介紹了網(wǎng)絡(luò)集成控制技術(shù)和分散控制系統(tǒng)。通過典型的控制系統(tǒng)的軟件和硬件設(shè)計(jì)來使讀者更深入地理解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的各個(gè)組成部分，本書的編寫重點(diǎn)突出，以幫助讀者掌握關(guān)鍵技術(shù)并全面理解本書內(nèi)容。

內(nèi)容概要

本書全面介紹了計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的概況、過程輸入及輸出通道、數(shù)字PID控制算法、數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)集成式分散控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。    本書編寫力求反映應(yīng)用型本科的要求和工科專業(yè)的教學(xué)特點(diǎn)，內(nèi)容力求由淺入深、循序漸進(jìn)、通俗易懂、基本概念和基本知識(shí)的解釋準(zhǔn)確清晰、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的說明簡(jiǎn)明扼要，重點(diǎn)介紹了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成、數(shù)字PID控制算法及數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)，注重將計(jì)算機(jī)的硬件和軟件設(shè)計(jì)有機(jī)地結(jié)合起來，并且特別注意以形象直觀的形式來配合文字表述，重點(diǎn)突出，以幫助讀者掌握計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的主要內(nèi)容。    本書可適應(yīng)不同層次的讀者選用，即可用于高等學(xué)校工科本科教材，也適用于各類工程技術(shù)人員參考、閱讀。

書籍目錄

1  計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述  1.1  計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的概念  1.2  計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成    1.2.1  硬件組成    1.2.2  軟件組成  1.3  計(jì)算機(jī)在工業(yè)控制中的典型應(yīng)用  1.4  計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)舉例  1.5  計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展概況及趨勢(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)思考題與習(xí)題12  過程輸入／輸出通道  2.1  信號(hào)的采樣和多路開關(guān)    2.1.1  采樣定理    2.1.2  采樣、量化與編碼    2.1.3  多路開關(guān)  2.2  模擬量輸入通道  2.3  模擬量輸出通道    2.3.1  模擬量輸出通道的兩種基本結(jié)構(gòu)形式    2.3.2  D／A轉(zhuǎn)換器及接口  2.4  數(shù)字量輸入／輸出通道    2.4.1  數(shù)字量輸入／輸出通道的一般結(jié)構(gòu)    2.4.2  數(shù)字量輸入通道    2.4.3  數(shù)字量輸出通道  2.5  過程通道的抗干擾措施    2.5.1  干擾信號(hào)的分類    2.5.2  干擾的抑制  2.6  數(shù)字濾波技術(shù)    2.6.1  程序判斷濾波    2.6.2  中值濾波    2.6.3  算術(shù)平均值濾波    2.6.4  加權(quán)平均值濾波    2.6.5  滑動(dòng)平均值濾波    2.6.6  RC低通數(shù)字濾波    2.6.7  復(fù)合數(shù)字濾波    2.6.8  各種數(shù)字濾波性能的比較  思考題與習(xí)題23  數(shù)字PID控制算法  3.1  標(biāo)準(zhǔn)的PID算法    3.1.1  位置型PID控制算式    3.1.2  增量型PID控制算式    3.1.3  位置型PID算式的遞推算式（偏差系數(shù)控制算式）  3.2  改進(jìn)的PID算法    3.2.1  抑制積分飽和的PID算法    3.2.2  帶有死區(qū)的PID算式    3.2.3  不完全微分的PID算式    3.2.4  微分先行PID控制    3.2.4  時(shí)間最優(yōu)PID控制    3.2.5  PID比率控制  3.3  數(shù)字PID算法應(yīng)用中的問題    3.3.1  數(shù)字PlD算法實(shí)施中的幾個(gè)問題    3.3.2  數(shù)字PID調(diào)節(jié)中的幾個(gè)實(shí)際問題  3.4  PID參數(shù)整定方法    3.4.1  采樣周期T的選擇    3.4.2  湊試法整定PID控制器參數(shù)    3.4.3  擴(kuò)充臨界比例度法    3.4.4  擴(kuò)充響應(yīng)曲線法    3.4.5  歸一參數(shù)整定法    3.4.6  優(yōu)選法  3.5  PID算法仿真實(shí)例    3.5.1  仿真模型的結(jié)構(gòu)    3.5.2  控制算法仿真的實(shí)現(xiàn)方法  思考題與習(xí)題34  常用數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)  4.1  概述  4.2  最少拍隨動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)    4.2.1  最少拍系統(tǒng)的設(shè)計(jì)    4.2.2  最少拍系統(tǒng)的局限性  4.3  最少拍無紋波系統(tǒng)的設(shè)計(jì)  4.4  非最少的有限拍控制  4.5  慣性因子法  4.6  大林（Dahlin）算法  4.7  數(shù)字控制器在控制系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)方法    4.7.1  直接程序設(shè)計(jì)法    4.7.2  串行程序設(shè)計(jì)法    4.7.3  并行程序設(shè)計(jì)法    4.7.4  數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)  思考題與習(xí)題45  復(fù)雜數(shù)字控制器設(shè)計(jì)  5.1  純滯后系統(tǒng)的Smith控制算法    5.1.1  Smith預(yù)估器的工作原理    5.1.2  Smith預(yù)估器的數(shù)字實(shí)現(xiàn)    5.1.3  數(shù)字Smith預(yù)估控制系統(tǒng)  5.2  串級(jí)控制算法    5.2.1  串級(jí)控制工作原理    5.2.2  串級(jí)控制的實(shí)現(xiàn)    5.2.3  控制系統(tǒng)中副回路的設(shè)計(jì)    5.2.4  控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的選型和參數(shù)整定  5.3  比值控制    5.3.1  單閉環(huán)比值控制    5.3.2  雙閉環(huán)比值控制    5.3.3  變比值控制  5.4  前饋控制    5.4.1  前饋控制的原理    5.4.2  完全補(bǔ)償?shù)臈l件    5.4.3  前饋一反饋控制  5.5  動(dòng)態(tài)矩陣控制算法    5.5.1  DMC的基本原理    5.5.2  動(dòng)態(tài)矩陣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇  思考題與習(xí)題56  工業(yè)控制計(jì)算機(jī)  6.1  工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)及要求  6.2  單片微型計(jì)算機(jī)  6.3  可編程序控制器  6.4  總線工控機(jī)  思考題與習(xí)題67  網(wǎng)絡(luò)集成式分散控制系統(tǒng)  7.1  數(shù)據(jù)通信與工業(yè)網(wǎng)    7.1.1  數(shù)據(jù)通信技術(shù)    7.1.2  網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)    7.1.3  網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議  7.2  集散控制系統(tǒng)    7.2.1  集散控制系統(tǒng)的特點(diǎn)    7.2.2  集散控制系統(tǒng)發(fā)展過程及典型產(chǎn)品    7.2.3  集散控制系統(tǒng)的功能層次結(jié)構(gòu)    7.2.4  集散控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)  7.3  現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)    7.3.1  現(xiàn)場(chǎng)總線的體系結(jié)構(gòu)    7.3.2  現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)    7.3.3  現(xiàn)場(chǎng)總線通信協(xié)議    7.3.4  幾種典型的現(xiàn)場(chǎng)總線    7.3.5  現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)    7.3.5  現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展  思考題與習(xí)題78  計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)  8.1  計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則  8.2  計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程  8.3  微型計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)裝箱系統(tǒng)    8.3.1  自動(dòng)裝箱控制系統(tǒng)的原理    8.3.2  控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)    8.3.3  控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)  8.4  單片機(jī)控制的溫度控制系統(tǒng)    8.4.1  溫度控制系統(tǒng)的組成    8.4.2  溫度控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)    8.4.3  數(shù)字控制器的數(shù)學(xué)模型    8.4.4  溫度控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)    8.4.5  手動(dòng)后援問題思考題與習(xí)題8附錄1  采樣系統(tǒng)的Z變換附錄2  采樣系統(tǒng)的極點(diǎn)與穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)響應(yīng)的關(guān)系附錄3  部分函數(shù)的Z變換、拉氏變換表參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　?、輸?shù)據(jù)管理程序這部分程序用于生產(chǎn)管理，主要包括畫面顯示、變化趨勢(shì)分析、報(bào)警記錄、統(tǒng)計(jì)報(bào)表打印輸出等。　?、迶?shù)據(jù)通信程序數(shù)據(jù)通信程序主要完成計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間、計(jì)算機(jī)與智能設(shè)備之間的信息傳遞和交換。這個(gè)功能主要用在分散型控制系統(tǒng)、分級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)等系統(tǒng)中。　　6）系統(tǒng)調(diào)試與運(yùn)行　　系統(tǒng)的調(diào)試與運(yùn)行分為離線仿真調(diào)試階段和在線調(diào)試運(yùn)行階段。離線仿真調(diào)試階段一般在實(shí)驗(yàn)室或非工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行；在線調(diào)試與運(yùn)行階段是在生產(chǎn)過程工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行。其中離線仿真與調(diào)試階段是基礎(chǔ)，其目的是檢查硬件和軟件的整體性能，為現(xiàn)場(chǎng)投運(yùn)作準(zhǔn)備；現(xiàn)場(chǎng)投運(yùn)是對(duì)全系統(tǒng)的實(shí)際考驗(yàn)與檢查。系統(tǒng)調(diào)試的內(nèi)容很豐富，碰到的問題千變?nèi)f化，解決的方法也多種多樣，并沒有統(tǒng)一的模式?！　。?）離線仿真調(diào)試　　硬件調(diào)試包括對(duì)各種標(biāo)準(zhǔn)功能模板的調(diào)試，要按照說明書檢查其主要功能。在調(diào)試A／DN D／A．模板之前，必須準(zhǔn)備好信號(hào)源、數(shù)字電壓表、電流表等。對(duì)這兩種模板首先檢查信號(hào)的零點(diǎn)和滿量程，然后再分檔檢查，比如滿量程的25％、50％、75％、100%，并且上行和下行來回調(diào)試，以便檢查線性度是否合乎要求。如有多路開關(guān)板，應(yīng)測(cè)試各通路是否能正確切換。利用開關(guān)量輸入和輸出程序來檢查開關(guān)量輸人（DI）和開關(guān)量輸出（D0）模板。測(cè)試時(shí)可在輸人端加開關(guān)量信號(hào)，檢查讀人狀態(tài)的正確性，可在輸出端檢查（用萬用表）輸出狀態(tài)的正確性。硬件調(diào)試還包括現(xiàn)場(chǎng)儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如壓力變送器、差壓變送器、流量變送器、溫度變送器以及電動(dòng)或氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥等。這些儀表必須在安裝之前按說明書要求校驗(yàn)完畢。如是分級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和分散型控制系統(tǒng)，還要調(diào)試通信功能，驗(yàn)證數(shù)據(jù)傳播的正確性。

編輯推薦

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