计算机控制技术

前言

第1章 计算机控制系统概述

1.1 计算机控制系统的概念

1.1.1 基本概念和组成

1.1.2 计算机控制系统的功能与特点

1.1.3 计算机控制系统的工作过程与方式

1.2 计算机控制系统的分类

1.2.1 操作指导控制系统

1.2.2 直接数字控制系统

1.2.3 监督控制系统

1.2.4 分布式控制系统

1.2.5 现场总线控制系统

1.3 计算机控制系统的发展趋势

1.3.1 推广应用成熟的先进技术

1.3.2 大力研究和发展智能控制系统

习题与思考题

第2章 计算机控制的理论基础

2.1 概述

2.2 采样过程

2.2.1 信号类型及系统类型

2.2.2 采样与保持分析

2.2.3 采样定理

2.2.4 采样周期的选择

2.3 数字控制设计基础

2.3.1 差分方程

2.3.2 z变换及其特性

2.3.3 输入信号分析

2.3.4 脉冲传递函数

2.3.5 离散系统分析

2.3.6 MATLAB仿真与分析

2.4 离散化方法

2.4.1 欧拉方法

2.4.2 零极点匹配等效方法

2.4.3 z变换法

2.4.4 保持器等效方法

2.5 数字控制器设计方法

2.5.1 模拟化设计方法

2.5.2 直接数字设计方法

2.5.3 MATLAB仿真

2.6 本章小结

习题与思考题

第3章 过程通道

3.1 概述

3.1.1 过程通道的分类

3.1.2 过程通道的功能

3.2 模拟量输入通道

3.2.1 模拟量输入通道的组成和结构形式

3.2.2 信号调理电路

3.2.3 多路转换器

3.2.4 采样保持器

3.2.5 A/D转换器

3.2.6 A/D转换器与计算机的接口设计及仿真

3.3 模拟量输出通道

3.3.1 模拟量输出通道的组成和结构形式

3.3.2 D/A转换器

3.3.3 D/A转换器与计算机的接口设计及仿真

3.4 数字量输入输出通道

3.4.1 数字量输入通道

3.4.2 数字量输出通道

3.4.3 数字量输入输出通道设计实例

3.5 数据处理和数字滤波

3.5.1 线性化处理

3.5.2 标度变换

3.5.3 数字滤波及MATLAB仿真

3.6 过程通道的可靠性措施

3.6.1 系统干扰与可靠性问题

3.6.2 过程通道设计中的可靠性措施

3.7 本章小结

习题与思考题

第4章 常用的计算机控制算法

4.1 概述

4.2 数字PID控制

4.2.1 模拟PID控制及仿真

4.2.2 数字PID控制及仿真

4.2.3 PID控制的参数整定及仿真

4.2.4 PID控制算法的计算机实现

4.3 最少拍控制

4.3.1 最少拍伺服系统的控制规律

4.3.2 最小拍控制器的设计及仿真

4.3.3 最少拍无纹波控制器的设计及仿真

4.4 纯滞后补偿控制

4.4.1 纯滞后现象

4.4.2 大林算法及仿真

4.4.3 Smith预估控制及仿真

4.5 数字控制器的实现方法

4.5.1 直接程序设计法

4.5.2 串行程序设计法

4.5.3 并行程序设计法

4.5.4 数字控制器的设计步骤

4.6 本章小结

习题与思考题

第5章 网络控制系统

5.1 网络控制系统概述

5.1.1 计算机网络

5.1.2 基于网络的控制

5.1.3 网络控制系统的发展状况

5.2 分布式控制系统

5.2.1 DCS的体系结构与特点

5.2.2 DCS的分散过程控制级

5.2.3 DCS的集中操作监控级

5.2.4 DCS的综合信息管理级

5.3 现场总线控制系统

5.3.1 现场总线的技术特点

5.3.2 现场总线的OSI模型

5.3.3 五种典型的现场总线

5.3.4 现场总线控制系统的设计方法

5.4 工业以太网控制系统

5.4.1 工业以太网的技术特点

5.4.2 工业以太网控制系统的设计方法

5.5 本章小结

习题与思考题

第6章 计算机控制系统设计

6.1 计算机控制系统的设计方法及步骤

6.1.1 概述

6.1.2 控制系统总体方案的确定

6.1.3 控制用微型计算机的选择

6.1.4 建立数学模型，确定控制策略和控制算法

6.1.5 控制系统硬件设计

6.1.6 控制系统软件设计

6.1.7 计算机控制系统的调试

6.2 设计实例1（DDC控制系统）——湿热试验箱控制系统

6.2.1 湿热试验系统简介

6.2.2 系统设计

6.3 设计实例2（现场总线控制系统）

——列车试风试验控制系统

6.3.1 系统概况

6.3.2 系统设计

6.4 设计实例3（工业以太网控制系统）

——公路隧道监控系统

6.4.1 系统概况及功能要求

6.4.2 系统设计

6.5 本章小结

习题与思考题

附录 常用函数z变换表

参考文献

《普通高等教育电气工程与自动化（应用型）“十二五”规划教材：计算机控制技术》涉及计算机控制系统的硬件设计、软件设计、控制算法和仿真技术等内容，既具有较强的理论性，也具有很强的实践性。主要内容包括：计算机控制系统的基本概念和组成，计算机控制系统的分类；采样过程、数字控制设计基础、离散化方法、数字控制器设计方法等计算机控制的基础理论；计算机控制系统的过程通道，数据处理和数字滤波，过程通道的可靠性措施；数字PID控制、最少拍控制、纯滞后补偿控制等常用的常规控制算法；分布式控制系统、现场总线控制系统、工业以太网控制系统等网络控制系统；计算机控制系统的设计方法和步骤以及几个综合应用实例。本教材适合作为自动化、测控技术与仪器、电气工程及其自动化等专业本科生教材，也可供从事控制系统设计的专业技术人员参考。