计算机控制技术

1 计算机控制系统概述

1.1 计算机控制系统的概念

1.2 计算机控制系统的组成

1.2.1 硬件组成

1.2.2 软件组成

1.3 计算机在工业控制中的典型应用

1.4 计算机控制系统举例

1.5 计算机控制系统的发展概况及趋势

1.5.1 计算机控制系统的发展概况

1.5.2 计算机控制系统的发展趋势

思考题与习题1

2 过程输入／输出通道

2.1 信号的采样和多路开关

2.1.1 采样定理

2.1.2 采样、量化与编码

2.1.3 多路开关

2.2 模拟量输入通道

2.3 模拟量输出通道

2.3.1 模拟量输出通道的两种基本结构形式

2.3.2 D／A转换器及接口

2.4 数字量输入／输出通道

2.4.1 数字量输入／输出通道的一般结构

2.4.2 数字量输入通道

2.4.3 数字量输出通道

2.5 过程通道的抗干扰措施

2.5.1 干扰信号的分类

2.5.2 干扰的抑制

2.6 数字滤波技术

2.6.1 程序判断滤波

2.6.2 中值滤波

2.6.3 算术平均值滤波

2.6.4 加权平均值滤波

2.6.5 滑动平均值滤波

2.6.6 RC低通数字滤波

2.6.7 复合数字滤波

2.6.8 各种数字滤波性能的比较

思考题与习题2

3 计算机控制系统分析

3.1 计算机控制系统的数学描述

3.1.1 差分方程

3.1.2 Z变换

3.1.3 Z反变换

3.1.4 脉冲传递函数

3.2 计算机控制系统的稳定性分析

3.2.1 S平面和Z平面之间的映射关系

3.2.2 离散控制系统稳定判据

3.2.3 离散控制系统稳态误差分析

3.3 离散控制系统动态特性分析

3.3.1 脉冲传递函数分析离散控制系统的过渡过程

3.3.2 零极点分布与动态性能之间的关系

思考题与习题3

4 数字PID控制算法

4.1 标准的PID算法

4.1.1 位置型PII)控制算式

4.1.2 增量型P1D控制算式

4.1.3 位置型PID算式的递推算式(偏差系数控制算式)

4.2 改进的PID算法

4.2.1 抑制积分饱和的PID算法

4.2.2 带有死区的PID算式

4.2.3 不完全微分的PID算式

4.2.4 微分先行PTD控制

4.2.5 时间最优PID控制

4.2.6 PID比率控制

4.3 数字PID算法应用中的问题

4.3.1 数字PID算法实施中的几个问题

4.3.2 数字PID调节中的几个实际问题

4.4 PID参数整定方法

4.4.1 采样周期T的选择

4.4.2 凑试法整定PID控制器参数

4.4.3 扩充临界比例度法

4.4.4 扩充响应曲线法

4.4.5 归一参数整定法

4.4.6 优选法

4.5 PID算法仿真实例

4.5.1 仿真模型的结构

4.5.2 控制算法仿真的实现方法

思考题与习题4

5 常用数字控制器的设计

5.1 概述

5.2 最少拍随动系统的设计

5.2.1 最少拍系统的设计

5.2.2 最少拍系统的局限性

5.3 最少拍无纹波系统的设计

5.4 非最少的有限拍控制

5.5 惯性因子法

5.6 大林(Dahlin)算法

5.7 数字控制器在控制系统中的实现方法

5.7.1 直接程序设计法

5.7.2 串行程序设计法

5.7.3 并行程序设计法

5.7.4 数字控制器的设计

思考题与习题5

6 复杂数字控制器设计

6.1 纯滞后系统的Smith控制算法

6.1.1 Smit，h预估器的工作原理

6.1.2 Smith预估器的数字实现

6.1.3 数字Smith预估控制系统

6.2 串级控制算法

6.2.1 串级控制工作原理

6.2.2 串级控制的实现

6.2.3 控制系统中副回路的设计

6.2.4 主回路和副回路的匹配问题

6.2.5 主、副调节器正反作用方式的确定

6.2.6 控制系统调节器的选型和参数整定

6.2.7 串级控制系统的工业应用

6.3 比值控制

6.3.1 单闭环比值控制

6.3.2 双闭环比值控制

6.3.3 变比值控制

6.4 前馈控制

6.4.1 前馈控制的原理

6.4.2 完全补偿的条件

6.4.3 前馈一反馈控制

6.5 动态矩阵控制算法

6.5.1 DMC的基本原理

6.5.2 动态矩阵控制系统设计参数的选择

思考题与习题6

7 工业控制计算机

7.1 工业控制计算机的特点及要求

7.2 单片微型计算机

7.3 可编程序控制器

7.4 总线工控机

思考题与习题7

8 网络集成式分散控制系统

8.1 数据通信与工业网

8.1 I 1数据通信技术

8.1.2 网络拓扑结构

8.1.3 网络通信协议

8.2 集散控制系统

8.2.1 集散控制系统的特点

8.2.2 集散控制系统发展过程及典型产品

8.2.3 集散控制系统的功能层次结构

8.2.4 集散控制系统的发展趋势

8.3 现场总线控制系统

8.3.1 现场总线的体系结构

8.3.2 现场总线的特点与优势

8.3.3 现场总线通信协议

8.3.4 几种典型的现场总线

8.3.5 现场总线控制系统

8.3.6 现场总线的发展

思考题与习题8

9 计算机控制系统的设计

9.1 计算机控制系统的设计原则

9.2 计算机控制系统的设计过程

9.3 微型计算机控制的自动装箱系统

9.3.1 自动装箱控制系统的原理

9.3.2 控制系统硬件设计

9.3.3 控制系统软件设计

9.4 单片机控制的温度控制系统

9.4.1 温度控制系统的组成

9.4.2 温度控制系统的硬件设计

9.4.3 数字控制器的数学模型

9.4.4 温度控制系统软件设计

9.4.5 手动后援问题

思考题与习题9

附录部分函数的Z变换、拉氏变换表

参考文献

张燕红等编著的《计算机控制技术(第2版）》共分9章：第1章主要介绍计算机控制系统；第2章主要介绍过程输入／输出通道；第3章主要介绍计算机控制系统分析；第4章主要介绍数字PID控制算法；第5章主要介绍常用数字控制器的设计；第6章主要介绍复杂数字控制器设计；第7章主要介绍工业控制计算机；第8章主要介绍网络集成式分散控制系统；第9章主要介绍计算机控制系统的设计。本书可用于高等学校工科本科教材，也适用于各类工程技术人员参考、阅读。张燕红等编著的《计算机控制技术(第2版）》全面介绍了计算机控制技术的概况、过程输入及输出通道、计算机控制系统分析、数字PID控制算法、数字控制器的设计、工业控制计算机、网络集成式分散控制系统、计算机控制系统的设计。 《计算机控制技术(第2版）》编写力求反映应用型本科的要求和工科专业的教学特点，内容力求由浅人深、循序渐进、通俗易懂、基本概念和基本知识的解释准确清晰、计算机控制技术的说明简明扼要，重点介绍了计算机控制系统的组成、数字PID控制算法及数字控制器的设计，注重将计算机的硬件和软件设计有机地结合起来，并且特别注意以形象直观的形式来配合文字表述，重点突出，以帮助读者掌握计算机控制技术的主要内容。 《计算机控制技术(第2版）》可适应不同层次的读者选用，即可用于高等学校工科本科教材，也适用于各类工程技术人员参考、阅读。