本書在第1版的基礎上修訂而成｡本書涉及計算機控制系統的硬件設計､軟件設計､控制算法和仿真技術等內容,既具有較強的理論性,也具有很強的實踐性｡主要內容包括:計算機控制系統的基本概念和組成､計算機控制系統的分類;采樣過程､數字控制設計基礎､離散化方法､數字控制器設計方法等計算機控制的基礎理論;計算機控制系統的過程通道､數據處理和數字濾波､過程通道的可靠性措施;數字PID控制､*少拍控制､純滯后補償控制､模糊控制､神經網絡控制等常用的控制算法的基本原理和實現方法;計算機控制系統的設計方法及步驟,以及用于教學的兩個綜合應用實例和用于學生研究性學習的兩個綜合項目｡
本書適合作為自動化､測控技術與儀器､電氣工程及其自動化等專業本科生的教材,也可供從事控制系統設計的專業技術人員參考｡
前 言計算機控制技術是把計算機技術與自動化控制原理融為一體的一門綜合性學問,是以計算機為核心部件的過程控制工程和運動控制工程的綜合性技術隨著自動化技術計算機技術通信技術網絡技術管理技術等的發展,計算機控制技術將這些技術融合起來,呈現開放性集散性智能化網絡化等特點,并以日新月異的速度發展以計算機控制技術為基礎的計算機控制系統在軍事航天工業農業交通運輸經濟管理能源開發與利用等各個領域獲得了廣泛的應用基于這樣的應用需求,社會對掌握計算機控制技術的高素質人才的需求不斷擴大本書為普通高等教育電氣工程與自動化(應用型)“十三五”規劃教材,教材編寫依據“全國高等學校電氣工程與自動化(應用型)規劃教材編審委員會”提出的“基本理論適度注重工程應用” 的基本原則,將理論知識與實踐知識有機地融合起來結合案例教學項目教學研究性學習等方法,借鑒國外精品教材以及國內應用型本科優秀教材的寫作思路寫作方法以及章節安排,并不照搬適用于國內研究型大學的教材編寫模式,堅持“有所為,有所不為”,將計算機控制技術最核心的內容寫透寫好,期望編寫出更加適合應用型人才培養需要的教材,使學生易于理解和掌握,并掌握其應用方法,基本具備計算機控制系統的設計能力本書的編寫特色如下:1)把握核心內容,仍以最基本的直接數字控制系統為主要對象,計算機控制基礎理論過程通道(硬件和數字濾波)常用的控制算法作為核心內容2)注意以問題(或案例項目) 為驅動,引出各章(或節) 的知識點,激發學生的學習興趣3)注重實際和工程應用,給出較多的實際例子和實物圖例,將理論知識與實踐知識有機地融合起來,并將作者多年的科研成果應用到教材中4)進行理論分析時注重應用MATLAB對實例進行仿真,使抽象的理論知識易于理解5)文字闡述簡潔易懂,理論論述簡單通俗易于理解,有利于學生課后自學本書共分5章:第1章計算機控制系統概述,第2章計算機控制的理論基礎,第3章過程通道,第4章常用的計算機控制算法,第5章計算機控制系統設計其中,第2~4章是本書的重點,也是設計計算機控制系統的核心基礎本書適合作為自動化測控技術與儀器電氣工程及其自動化等專業本科生的教材,也可供其他專業及從事控制系統設計的專業技術人員參考本書參考學時為56學時(含8學時的實驗),可根據教學計劃和專業的不同要求進行適當安排,部分內容可自學,因此也可按48學時組織教學本書由廣西科技大學羅文廣教授組織編寫和統稿,第1章第4章的4.5節和4.6節由廣西科技大學袁海英編寫,第2章由廣西科技大學石玉秋編寫,第3章由廣西科技大學廖鳳依編寫,第4章的4.1~4.4節4.7節和4.8節第5章由羅文廣編寫由于作者水平有限,書中疏漏和不妥之處在所難免,敬請讀者批評指正作 者
目 錄
前 言
第1章 計算機控制系統概述 1
1.1 計算機控制系統的概念 1
1.1.1 基本概念和組成 1
1.1.2 計算機控制系統的功能與特點 5
1.1.3 計算機控制系統的工作過程
與方式 7
1.2 計算機控制系統分類 8
1.2.1 操作指導控制系統 8
1.2.2 直接數字控制系統 9
1.2.3 監督控制系統 9
1.2.4 分布式控制系統 10
1.2.5 現場總線控制系統 11
1.2.6 工業以太網控制系統 13
1.3 計算機控制系統的發展趨勢 15
1.3.1 推廣應用成熟的先進技術 15
1.3.2 大力研究和發展智能控制系統 15
1.3.3 適應工業4.0和《中國制造2025》
的發展要求 16
習題與思考題 17
第2章 計算機控制的理論基礎 18
2.1 概述 18
2.2 采樣過程 19
2.2.1 信號類型及系統類型 19
2.2.2 采樣與保持 21
2.2.3 采樣定理 24
2.2.4 采樣周期的選擇 26
2.3 離散控制系統設計的理論基礎 26
2.3.1 差分方程 26
2.3.2 z變換及其特性 28
2.3.3 脈沖傳遞函數 33
2.3.4 離散系統分析 38
2.3.5 離散控制系統的MATLAB仿真 49
2.4 離散化方法 53
2.4.1 歐拉方法 53
2.4.2 零極點匹配等效方法 53
2.4.3 z變換法 54
2.4.4 保持器等效方法 54
2.5 數字控制器設計方法 55
2.5.1 模擬化設計方法 55
2.5.2 直接數字設計方法 56
2.5.3 設計方法的MATLAB仿真實例 57
2.6 本章小結 61
習題與思考題 61
第3章 過程通道 63
3.1 概述 63
3.1.1 過程通道的分類 64
3.1.2 過程通道的功能 64
3.2 模擬量輸入通道 64
3.2.1 模擬量輸入通道的組成和結構
形式 65
3.2.2 信號調理電路 65
3.2.3 多路轉換器 68
3.2.4 采樣保持器 70
3.2.5 A/D轉換器 72
3.2.6 A/D轉換器與計算機的接口設計
及仿真 77
3.3 模擬量輸出通道 86
3.3.1 模擬量輸出通道的組成和結構
形式 86
3.3.2 D/A轉換器 87
3.3.3 D/A轉換器與計算機的接口設計及
仿真 92
3.4 數字量輸入輸出通道 101
3.4.1 數字量輸入通道 101
3.4.2 數字量輸出通道 102
3.4.3 數字量輸入輸出通道設計實例 104
3.5 數據處理和數字濾波 105
3.5.1 線性化處理 105
3.5.2 標度變換 107
3.5.3 數字濾波及MATLAB仿真 108
3.6 過程通道的可靠性措施 113
3.6.1 系統干擾與可靠性問題 113
3.6.2 過程通道設計中的可靠性措施 114
3.7 本章小結 116
習題與思考題 117
第4章 常用的計算機控制算法 119
4.1 概述 119
4.2 數字PID控制 120
4.2.1 模擬PID控制及仿真 120
4.2.2 數字PID控制及仿真 124
4.2.3 PID控制算法參數的整定方法 143
4.2.4 PID控制算法在微處理器系統中
的實現 149
4.3 最少拍控制 153
4.3.1 最少拍控制算法 153
4.3.2 最少拍控制器設計 154
4.3.3 設計實例 157
4.3.4 最少拍無紋波控制器設計 161
4.3.5 最少拍控制的局限性 162
4.4 純滯后補償控制 164
4.4.1 純滯后現象 164
4.4.2 大林控制算法及仿真 165
4.4.3 Smith預估控制及仿真 170
4.5 模糊控制 177
4.5.1 模糊控制的發展和概述 177
4.5.2 模糊控制的基本概念 177
4.5.3 模糊控制系統的組成 179
4.6 神經網絡控制 181
4.6.1 神經網絡基礎 181
4.6.2 感知器 185
4.6.3 BP神經網絡 186
4.6.4 神經網絡控制 189
4.7 數字控制器的實現方法 193
4.7.1 直接程序設計法 194
4.7.2 串行程序設計法 194
4.7.3 并行程序設計法 196
4.7.4 數字控制器的設計步驟 197
4.8 本章小結 198
習題與思考題 198
第5章 計算機控制系統設計 200
5.1 計算機控制系統的設計方法及步驟 200
5.1.1 設計控制系統的知識能力要求?
基本原則和設計內容 200
5.1.2 控制系統總體方案的確定 202
5.1.3 控制用微型計算機的選擇 205
5.1.4 控制策略和控制算法的確定 207
5.1.5 控制系統硬件設計 208
5.1.6 控制系統軟件設計 211
5.1.7 計算機控制系統的調試 212
5.2 設計實例1(DDC控制系統)———濕熱
試驗箱控制系統 214
5.2.1 濕熱試驗系統簡介 214
5.2.2 系統設計 215
5.3 設計實例2(現場總線控制系統)———
列車試風試驗控制系統 218
5.3.1 系統概況 218
5.3.2 系統設計 219
5.4 研究性學習項目1———LED照明閉環
控制系統 224
5.4.1 系統總體設計要求 225
5.4.2 控制算法要求 225
5.4.3 系統硬件設計要求 227
5.4.4 預處理要求 227
5.4.5 系統軟件設計要求 228
5.4.6 制作及實驗要求 228
5.5 研究性學習項目2———智能小車控制
系統 229
5.5.1 系統總體設計要求 229
5.5.2 系統硬件設計要求 230
5.5.3 算法設計要求 231
5.5.4 系統軟件設計要求 234
5.5.5 制作及實驗要求 234
5.6 本章小結 235
附錄 常用函數z變換表 236
參考文獻 237
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