普通高等教育电气工程与自动化“十三五”规划教材 计算机控制技术 第2版2025|PDF|Epub|mobi|kindle电子书版本百度云盘下载

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第1章 绪论1

1.1 自动控制系统的一般形式1

1.2 计算机控制系统的一般概念与组成2

1.2.1 计算机控制系统的一般概念2

1.2.2 计算机控制系统的组成2

1.3 常见的工业控制计算机及特点4

1.3.1 单片微型计算机4

1.3.2 可编程序控制器5

1.3.3 工控机7

1.4 计算机控制系统的分类8

1.4.1 操作指导控制系统8

1.4.2 直接数字控制系统8

1.4.3 监督计算机控制系统9

1.4.4 集散控制系统10

1.4.5 计算机集成制造系统11

1.4.6 现场总线控制系统12

1.4.7 嵌入式控制系统12

1.5 计算机控制系统的发展及应用领域12

1.5.1 计算机控制系统的发展概况12

1.5.2 计算机控制理论和新型控制策略13

1.5.3 计算机控制系统的发展趋势15

1.5.4 计算机控制技术的应用领域16

习题117

第2章 计算机控制系统中的过程通道18

2.1 传感器与执行器18

2.1.1 传感器与变送器18

2.1.2 执行器及其分类19

2.1.3 伺服电动机和步进电动机20

2.2 信号的采样与恢复21

2.2.1 信号的采样过程21

2.2.2 采样定理23

2.2.3 信息的恢复过程和零阶保持器25

2.3 模拟量输入通道27

2.3.1 模拟量输入通道的一般组成27

2.3.2 A/D转换器接口逻辑设计要点36

2.3.3 典型A/D转换器与微机的接口设计36

2.4 模拟量输出通道54

2.4.1 模拟量输出通道的结构形式54

2.4.2 D/A转换器的结构特性与应用特性55

2.4.3 D/A转换器与微机的接口设计56

2.5 数字量输入/输出通道69

2.5.1 数字量输入通道69

2.5.2 数字量输出通道70

2.5.3 数字量输入/输出通道设计73

2.6 数据采集卡74

2.6.1 数据采集卡简介74

2.6.2 模拟量输入通道数据采集卡应用举例78

2.6.3 模拟量输出通道数据采集卡应用举例81

2.6.4 数字量输入/输出通道数据采集卡应用举例83

习题2.85

第3章 数据处理与人机交互技术88

3.1 数字滤波88

3.1.1 程序判断滤波88

3.1.2 算术平均值滤波90

3.1.3 加权平均值滤波91

3.1.4 中值滤波92

3.1.5 去极值平均滤波93

3.1.6 滑动平均滤波94

3.1.7 低通数字滤波95

3.1.8 复合滤波程序95

3.2 线性化处理96

3.2.1 线性插值法96

3.2.2 分段插值算法程序的设计方法97

3.3 标度变换97

3.2.1 线性参数标度变换98

3.2.2 非线性参数标度变换98

3.4 越限报警99

3.4.1 软件报警程序设计100

3.4.2 直接报警程序设计101

3.5 键盘接口技术102

3.5.1 键盘的组成、特点及消除抖动的措施103

3.5.2 独立式按键接口技术104

3.5.3 矩阵式键盘接口技术106

3.5.4 双功能键的设计及重键处理技术111

3.6 显示接口技术111

3.6.1 LED显示器接口技术112

3.6.2 LCD显示器接口技术119

3.7 HD7279实现的键盘/显示器接口技术122

3.7.1 HD7279A简介122

3.7.2 HD7279A引脚说明122

3.7.3 控制命令介绍123

3.7.4 串行接口及时序128

3.7.5 80C51单片机与 HD7279A的接口设计129

习题3132

第4章 计算机控制系统特性分析134

4.1 离散系统134

4.1.1 采样控制系统135

4.1.2 数字控制系统135

4.1.3 计算机控制系统与采样控制系统的关系137

4.1.4 离散控制系统的特点137

4.1.5 离散系统的分类137

4.2 计算机控制系统的稳定性分析138

4.2.1 Z变换与拉普拉斯变换的对比138

4.2.2 S平面与Z平面的映射关系139

4.2.3 离散系统的稳定域140

4.2.4 劳斯稳定判据在离散系统的应用141

4.3 计算机控制系统的动态响应分析145

4.3.1 Z平面上极点分布与单位脉冲响应的关系146

4.3.2 用脉冲传递函数分析离散系统的动态特性148

4.4 计算机控制系统的稳态误差分析150

4.4.1 Z变换终值定理法求稳态误差151

4.4.2 典型输入信号作用下的稳态误差分析151

习题4155

第5章 数字PID及其算法157

5.1 PID算法的离散化157

5.2 位置式PID算法158

5.3 增量式PID算法158

5.4 数字PID算法的改进159

5.4.1 积分分离PID算法159

5.4.2 不完全微分PID算法160

5.4.3 变速积分PID算法161

5.4.4 带死区的PID算法162

5.4.5 PID比率控制163

5.5 PID算法程序的实现163

5.5.1 位置式PID算法的程序设计163

5.5.2 增量式PID算法的程序设计163

5.5.3 积分分离PID算法的程序设计164

5.6 数字PID算法的参数整定165

5.6.1 采样周期T的确定165

5.6.2 扩充临界比例度法166

5.6.3 扩充响应曲线法167

5.6.4 归一参数整定法168

5.6.5 优选法168

习题5168

第6章 直接数字控制170

6.1 最少拍计算机控制系统的设计170

6.1.1 最少拍控制系统数字控制器分析170

6.1.2 最少拍控制系统数字控制器的设计174

6.2 最少拍无纹波计算机控制系统的设计180

6.2.1 单位阶跃输入最少拍无纹波系统的设计180

6.2.2 单位速度输入最少拍无纹波系统的设计181

6.2.3 最少拍无纹波系统设计举例181

6.3 大林算法188

6.3.1 大林算法的D（z）基本形式188

6.3.2 振铃现象及其消除方法190

6.3.3 大林算法的设计步骤193

6.4 数字控制器D（z）的实现方法194

6.4.1 直接程序设计法194

6.4.2 串行程序设计法195

6.4.3 并行程序设计法197

6.4.4 数字控制器的设计198

习题6199

第7章 模糊控制技术202

7.1 模糊集合及模糊集合运算202

7.1.1 模糊集合的概念202

7.1.2 模糊集合的表示方法202

7.1.3 模糊集合的基本运算204

7.2 模糊关系及模糊关系运算206

7.2.1 模糊关系的定义206

7.2.2 模糊矩阵206

7.2.3 模糊矩阵的运算207

7.2.4 模糊关系的合成207

7.3 模糊逻辑与近似推理208

7.3.1 语言变量208

7.3.2 模糊蕴含关系209

7.3.3 句子连接关系的逻辑运算210

7.3.4 近似推理212

7.4 模糊控制系统的结构及其工作原理215

7.4.1 模糊控制系统的基本组成215

7.4.2 模糊控制系统的工作原理216

7.4.3 模糊控制的特点217

7.5 模糊控制器设计218

7.5.1 模糊控制器的基本结构218

7.5.2 模糊控制器的设计要求219

7.5.3 模糊控制器的结构设计219

7.5.4 精确输入量的模糊化221

7.5.5 模糊控制规则库及推理机制的设计223

7.5.6 模糊推理224

7.5.7 清晰化计算225

7.5.8 模糊论域为离散的离线计算与在线控制226

7.5.9 模糊控制器的算法程序实现230

7.6 模糊控制的应用230

7.6.1 模糊控制的应用领域230

7.6.2 模糊控制的应用实例231

习题7234

第8章 计算机网络控制技术238

8.1 计算机工业网络基础238

8.1.1 网络功能及分类238

8.1.2 网络拓扑结构239

8.1.3 传输介质240

8.1.4 介质访问控制方式241

8.1.5 信息交换技术241

8.1.6 网络协议及其层次结构243

8.1.7 网络互连设备243

8.1.8 工业网络的性能评价和选型244

8.2 集散控制系统246

8.2.1 集散控制系统的产生与发展246

8.2.2 集散控制系统的体系结构249

8.2.3 集散控制系统的特点252

8.3 现场总线控制系统253

8.3.1 现场总线控制系统概述253

8.3.2 几种有影响的现场总线255

8.3.3 FCS的体系结构259

习题8261

第9章 计算机控制系统的可靠性与抗干扰技术263

9.1 工业现场的干扰及其对系统的影响263

9.1.1 干扰的来源263

9.1.2 干扰窜入计算机控制系统的主要途径263

9.1.3 干扰的耦合方式264

9.2 计算机控制系统的硬件抗干扰技术265

9.2.1 过程通道干扰的抑制266

9.2.2 反射波干扰的抑制269

9.2.3 空间干扰的抑制271

9.2.4 RAM数据掉电保护272

9.3 计算机控制系统的接地和电源保护技术273

9.3.1 计算机控制系统的接地技术273

9.3.2 计算机控制系统的电源保护技术275

9.4 印制电路板抗干扰技术276

9.4.1 印制电路板的尺寸和元器件的布置276

9.4.2 印制电路板布线277

9.4.3 去耦电容的配置277

9.5 计算机控制系统的软件抗干扰技术278

9.5.1 指令冗余技术278

9.5.2 软件陷阱技术279

9.5.3 故障自动恢复处理程序281

9.5.4 Watchdog技术283

习题9285

第10章 计算机控制系统的设计与实现287

10.1 系统设计的基本要求和特点287

10.1.1 系统设计的基本要求287

10.1.2 系统设计的特点288

10.2 计算机控制系统的设计方法及步骤289

10.2.1 控制系统总体方案的确定289

10.2.2 计算机及接口的选择290

10.2.3 控制算法的选择291

10.2.4 控制系统的硬件设计291

10.2.5 控制系统的软件设计293

10.2.6 计算机控制系统的调试294

10.3 仪器用温箱温度控制系统294

10.3.1 温度控制系统的组成294

10.3.2 温度控制系统的硬件设计294

10.3.3 数字控制器的数学模型300

10.3.4 温度控制系统的软件设计300

10.4 产品自动装箱控制系统306

10.4.1 产品自动装箱控制系统的原理及操作流程306

10.4.2 产品自动装箱控制系统的硬件设计307

10.4.3 产品自动装箱控制系统的软件设计309

10.5 自动剪切机控制系统316

10.5.1 自动剪切机的组成及工作过程316

10.5.2 自动剪切机控制系统的硬件设计317

10.5.3 自动剪切机控制系统的软件设计319

习题10321

参考文献324