計(jì)算機(jī)控制技術(shù)（第2版）

目 錄
前 言
第1章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述 1
1.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的概念 1
1.1.1 基本概念和組成 1
1.1.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的功能與特點(diǎn) 5
1.1.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作過程
與方式 7
1.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類 8
1.2.1 操作指導(dǎo)控制系統(tǒng) 8
1.2.2 直接數(shù)字控制系統(tǒng) 9
1.2.3 監(jiān)督控制系統(tǒng) 9
1.2.4 分布式控制系統(tǒng) 10
1.2.5 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng) 11
1.2.6 工業(yè)以太網(wǎng)控制系統(tǒng) 13
1.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) 15
1.3.1 推廣應(yīng)用成熟的先進(jìn)技術(shù) 15
1.3.2 大力研究和發(fā)展智能控制系統(tǒng) 15
1.3.3 適應(yīng)工業(yè)4.0和《中國(guó)制造2025》
的發(fā)展要求 16
習(xí)題與思考題 17
第2章 計(jì)算機(jī)控制的理論基礎(chǔ) 18
2.1 概述 18
2.2 采樣過程 19
2.2.1 信號(hào)類型及系統(tǒng)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(tǒng)設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ) 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(shù) 33
2.3.4 離散系統(tǒng)分析 38
2.3.5 離散控制系統(tǒng)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(diǎn)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(shù)字控制器設(shè)計(jì)方法 55
2.5.1 模擬化設(shè)計(jì)方法 55
2.5.2 直接數(shù)字設(shè)計(jì)方法 56
2.5.3 設(shè)計(jì)方法的MATLAB仿真實(shí)例 57
2.6 本章小結(jié) 61
習(xí)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(jié)構(gòu)
形式 65
3.2.2 信號(hào)調(diào)理電路 65
3.2.3 多路轉(zhuǎn)換器 68
3.2.4 采樣保持器 70
3.2.5 A/D轉(zhuǎn)換器 72
3.2.6 A/D轉(zhuǎn)換器與計(jì)算機(jī)的接口設(shè)計(jì)
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(jié)構(gòu)
形式 86
3.3.2 D/A轉(zhuǎn)換器 87
3.3.3 D/A轉(zhuǎn)換器與計(jì)算機(jī)的接口設(shè)計(jì)及
仿真 92
3.4 數(shù)字量輸入輸出通道 101
3.4.1 數(shù)字量輸入通道 101
3.4.2 數(shù)字量輸出通道 102
3.4.3 數(shù)字量輸入輸出通道設(shè)計(jì)實(shí)例 104
3.5 數(shù)據(jù)處理和數(shù)字濾波 105
3.5.1 線性化處理 105
3.5.2 標(biāo)度變換 107
3.5.3 數(shù)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(tǒng)干擾與可靠性問題 113
3.6.2 過程通道設(shè)計(jì)中的可靠性措施 114
3.7 本章小結(jié) 116
習(xí)題與思考題 117
第4章 常用的計(jì)算機(jī)控制算法 119
4.1 概述 119
4.2 數(shù)字PID控制 120
4.2.1 模擬PID控制及仿真 120
4.2.2 數(shù)字PID控制及仿真 124
4.2.3 PID控制算法參數(shù)的整定方法 143
4.2.4 PID控制算法在微處理器系統(tǒng)中
的實(shí)現(xiàn) 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(shè)計(jì) 154
4.3.3 設(shè)計(jì)實(shí)例 157
4.3.4 最少拍無(wú)紋波控制器設(shè)計(jì) 161
4.3.5 最少拍控制的局限性 162
4.4 純滯后補(bǔ)償控制 164
4.4.1 純滯后現(xiàn)象 164
4.4.2 大林控制算法及仿真 165
4.4.3 Smith預(yù)估控制及仿真 170
4.5 模糊控制 177
4.5.1 模糊控制的發(fā)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(tǒng)的組成 179
4.6 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制 181
4.6.1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 181
4.6.2 感知器 185
4.6.3 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 186
4.6.4 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制 189
4.7 數(shù)字控制器的實(shí)現(xiàn)方法 193
4.7.1 直接程序設(shè)計(jì)法 194
4.7.2 串行程序設(shè)計(jì)法 194
4.7.3 并行程序設(shè)計(jì)法 196
4.7.4 數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)步驟 197
4.8 本章小結(jié) 198
習(xí)題與思考題 198
第5章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 200
5.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法及步驟 200
5.1.1 設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的知識(shí)能力要求?
基本原則和設(shè)計(jì)內(nèi)容 200
5.1.2 控制系統(tǒng)總體方案的確定 202
5.1.3 控制用微型計(jì)算機(jī)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(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 208
5.1.6 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 211
5.1.7 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的調(diào)試 212
5.2 設(shè)計(jì)實(shí)例1(DDC控制系統(tǒng))———濕熱
試驗(yàn)箱控制系統(tǒng) 214
5.2.1 濕熱試驗(yàn)系統(tǒng)簡(jiǎn)介 214
5.2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 215
5.3 設(shè)計(jì)實(shí)例2(現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng))———
列車試風(fēng)試驗(yàn)控制系統(tǒng) 218
5.3.1 系統(tǒng)概況 218
5.3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 219
5.4 研究性學(xué)習(xí)項(xiàng)目1———LED照明閉環(huán)
控制系統(tǒng) 224
5.4.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)要求 225
5.4.2 控制算法要求 225
5.4.3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)要求 227
5.4.4 預(yù)處理要求 227
5.4.5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)要求 228
5.4.6 制作及實(shí)驗(yàn)要求 228
5.5 研究性學(xué)習(xí)項(xiàng)目2———智能小車控制
系統(tǒng) 229
5.5.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)要求 229
5.5.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)要求 230
5.5.3 算法設(shè)計(jì)要求 231
5.5.4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)要求 234
5.5.5 制作及實(shí)驗(yàn)要求 234
5.6 本章小結(jié) 235
附錄 常用函數(shù)z變換表 236
參考文獻(xiàn) 237