計算機控制 — 理論、方法與應用 (新形態版)

於海生  國家級教學名師，全國高校黃大年式教師團隊負責人，教育部高等學校自動化類專業教學指導委員會委員，中國機械工業教育協會第四屆自動化專業教學委員會副主任，曾任中國自動化學會理事、中國自動化學會智能自動化專業委員會副主任、山東省高等學校電氣與自動化類專業教學指導委員會主任、山東省自動化學會教育工作委員會主任，青島大學首席教授。

 

目錄

 

第1章緒論

 

1.1計算機控制系統概述

 

1.1.1計算機控制系統

 

1.1.2計算機控制系統的組成

 

1.1.3計算機控制系統的主機

 

1.2計算機控制系統的典型型式

 

1.2.1操作指導控制系統

 

1.2.2直接數字控制系統

 

1.2.3監督計算機控制系統

 

1.2.4集散控制系統

 

1.2.5現場總線控制系統

 

1.2.6綜合自動化系統

 

1.3計算機控制系統的發展概況和趨勢

 

1.3.1計算機控制系統的發展概況

 

1.3.2計算機控制系統的發展趨勢

 

習題與思考題

 

第2章計算機控制理論基礎

 

2.1控制系統概述

 

2.1.1自動控制與自動控制系統

 

2.1.2開環控制和閉環控制

 

2.1.3線性系統與非線性系統

 

2.2連續時間控制系統

 

2.2.1連續時間控制系統的數學模型與傳遞函數

 

2.2.2結構圖

 

2.2.3連續時間控制系統的時域分析

 

2.2.4連續時間控制系統的穩定性分析

 

2.2.5連續時間控制系統的穩態誤差

 

2.2.6連續時間控制系統的設計

 

2.3離散時間控制系統

 

2.3.1離散時間控制系統的基本概念

 

2.3.2采樣保持和采樣定理

 

2.3.3離散時間控制系統的數學模型與脈沖傳遞函數

 

2.3.4離散時間控制系統的穩定性分析

 

2.3.5離散時間控制系統的穩態誤差

 

2.3.6離散時間控制系統的時域分析

 

2.3.7離散時間控制系統的設計

 

習題與思考題

 

第3章常規及復雜控制技術

 

3.1計算機控制系統的性能指標

 

3.1.1穩態性能指標

 

3.1.2動態性能指標

 

3.1.3抗擾性

 

3.1.4魯棒性

 

3.1.5控制受限

 

3.2數字控制器的連續化設計技術

 

3.2.1數字控制器的連續化設計步驟

 

3.2.2理想數字PID控制器的設計

 

3.2.3實際數字PID控制器的設計

 

3.2.4數字PID控制器的改進

 

3.2.5數字PID控制器的參數整定

 

3.3數字控制器的離散化設計技術

 

3.3.1數字控制器的離散化設計步驟

 

3.3.2最少拍控制器的設計

 

3.3.3最少拍有紋波控制器的設計

 

3.3.4最少拍無紋波控制器的設計

 

3.4純滯後控制技術

 

3.4.1連續化設計技術——施密斯預估控制

 

3.4.2離散化設計技術——達林算法

 

習題與思考題

 

第4章智能控制技術

 

4.1模糊控制技術

 

4.1.1模糊控制的數學基礎

 

4.1.2模糊控制原理

 

4.1.3模糊控制器設計

 

4.1.4雙輸入單輸出模糊控制系統設計

 

4.2神經網絡控制技術

 

4.2.1神經網絡基礎

 

4.2.2神經網絡控制

 

4.3專家控制技術

 

4.3.1專家系統

 

4.3.2專家控制介紹

 

4.3.3專家控制基本思想

 

4.3.4專家控制組織結構

 

4.4其他智能控制技術

 

習題與思考題

 

第5章計算機控制系統的硬件設計技術

 

5.1工業控制機及其接口擴展技術

 

5.1.1工業控制機總線技術

 

5.1.2系統總線接口擴展技術

 

5.1.3外部總線接口擴展技術

 

5.1.4嵌入式系統接口擴展技術

 

5.2輸入/輸出接口與過程通道設計原理

 

5.2.1數字量輸入/輸出接口與過程通道

 

5.2.2模擬量輸入接口與過程通道

 

5.2.3模擬量輸出接口與過程通道

 

5.2.4脈沖量輸入/輸出接口與過程通道

 

5.3基於系統總線的計算機控制系統硬件設計

 

5.3.1數字量輸入/輸出接口與過程通道模板設計

 

5.3.2模擬量輸入接口與過程通道模板設計

 

5.3.3模擬量輸出接口與過程通道模板設計

 

5.3.4脈沖量輸入/輸出接口與過程通道模板設計

 

5.4基於外部總線的計算機控制系統硬件設計

 

5.4.1基於外部總線的硬件設計方案

 

5.4.2遠程I/O模塊

 

5.4.3其他測控裝置

 

5.5硬件抗幹擾技術

 

5.5.1過程通道抗幹擾技術

 

5.5.2主機抗幹擾技術

 

5.5.3系統供電與接地技術

 

習題與思考題

 

第6章計算機控制系統的軟件設計技術

 

6.1程序設計技術

 

6.1.1模塊化與結構化程序設計

 

6.1.2面向過程與面向對象的程序設計

 

6.1.3高級語言I/O控制臺編程

 

6.2人機接口技術

 

6.2.1HMI/SCADA的含義

 

6.2.2基於監控組態軟件設計人機接口

 

6.2.3基於可視化高級語言設計人機接口

 

6.3測量數據預處理與系統有限字長

 

6.3.1誤差自動校準

 

6.3.2線性化處理和非線性補償

 

6.3.3標度變換方法 

 

6.3.4越限報警處理 

 

6.3.5量化誤差來源 

 

6.3.6A/D、D/A轉換器及運算字長的選擇 

 

6.4數字控制器的工程實現

 

6.4.1給定值和被控量處理

 

6.4.2偏差處理 

 

6.4.3控制算法的實現 

 

6.4.4控制量處理 

 

6.4.5自動/手動切換

 

6.5軟件抗幹擾技術

 

6.5.1數字濾波技術

 

6.5.2開關量的軟件抗幹擾技術 

 

6.5.3指令冗余技術

 

6.5.4軟件陷阱技術 

 

習題與思考題

 

第7章分布式測控網絡技術

 

7.1工業網絡技術

 

7.1.1工業網絡概述

 

7.1.2數據通信編碼技術

 

7.1.3網絡協議及其層次結構

 

7.1.4IEEE 802標準

 

7.1.5工業網絡的性能評價和選型

 

7.2集散控制系統

 

7.2.1集散控制系統概述

 

7.2.2集散控制系統的分散控制級

 

7.2.3集散控制系統的集中監控級

 

7.2.4集散控制系統的綜合管理級

 

7.3現場總線控制系統

 

7.3.1現場總線概述

 

7.3.25種典型的現場總線

 

7.4工業以太網測控系統

 

7.4.1工業以太網概述

 

7.4.2工業以太網測控系統設計

 

7.5系統集成與綜合自動化系統

 

7.5.1系統集成

 

7.5.2Purdue模型

 

7.5.3ERPMESPCS三層結構

 

7.5.4綜合自動化系統的實現

 

7.6工業互聯網與智能工廠

 

7.6.1無線傳感器網絡

 

7.6.2物聯網

 

7.6.3工業大數據與工業互聯網

 

7.6.4數字化車間與智能工廠

 

習題與思考題

 

第8章計算機控制系統的設計與實現

 

8.1系統設計的原則與步驟

 

8.1.1系統設計的原則

 

8.1.2系統設計的步驟

 

8.2系統的工程設計與實現

 

8.2.1系統總體方案設計

 

8.2.2硬件的工程設計與實現

 

8.2.3軟件的工程設計與實現

 

8.2.4系統的調試與運行

 

8.3設計舉例： 啤酒發酵過程計算機控制系統

 

8.3.1啤酒發酵工藝及控制要求

 

8.3.2系統總體方案的設計

 

8.3.3系統硬件和軟件的設計

 

8.3.4系統的安裝調試運行及控制效果

 

8.4設計舉例： 機器人關節運動計算機控制系統

 

8.4.1PUMA560機器人的結構原理

 

8.4.2機器人運動學方程

 

8.4.3機器人動力學方程

 

8.4.4機器人手臂的獨立關節位置伺服控制

 

習題與思考題

 

參考文獻