计算机控制系统

1 计算机控制系统概论(1)

1.1 计算机控制系统分类(1)

1.1.1 典型的计算机控制系统(1)

1.1.2 计算机控制系统分类(4)

1.1.3 计算机控制系统的特点(9)

1.2 计算机控制系统原理和组成(9)

1.2.1 计算机控制系统基本原理(10)

1.2.2 计算机控制系统的硬件组成(11)

1.2.3 计算机控制系统的软件组成(13)

1.3 计算机控制系统的性能及其指标(13)

1.3.1 计算机控制系统的性能指标(13)

1.3.2 控制对象对控制性能的影响(14)

1.3.3 控制系统的工业控制机特点(15)

1.4 计算机控制的发展与展望(16)

1.4.1 现代计算机控制系统概论(16)

1.4.2 新型控制策略与计算机控制系统(17)

1.4.3 计算机控制系统软件技术的新发展(19)

1.4.4 计算机控制系统的发展趋势(20)

思考题和习题(22)

2 过程输入输出通道技术(23)

2.1 过程输入输出通道概述(23)

2.1.1 模拟量输入通道的一般结构(23)

2.1.2 模拟量输出通道的基本结构(24)

2.1.3 开关量(数字量)输入通道的基本结构(24)

2.1.4 开关量(数字量)输出通道的基本结构(25)

2.2 数字量输入输出通道(25)

2.2.1 数字量输入输出接口技术(25)

2.2.2 数字量输入通道(26)

2.2.3 数字量输出通道(28)

2.3.模拟量输出通道(29)

2.3.1 D/A转换器概述(29)

2.3.2 常用D/A转换器及其接口技术(31)

2.3.3 D/A转换模板(35)

2.4 模拟量输入输出通道(38)

2.4.1 模拟量输入通道中的信号变换(38)

2.4.2 A/D转换器(39)

2.4.3 常用A/D转换器及其接口技术(42)

2.4.4 A/D转换模板(47)

2.5 数据采集系统实例(51)

2.5.1 数据采集系统的组成及基本功能(51)

2.5.2 数据采集系统设计举例(52)

思考题和习题(56)

3 数字控制器的设计(57)

3.1 概述(57)

3.1.1 模拟化设计方法(58)

3.1.2 离散化设计方法(58)

3.1.3 两种方法的比较(58)

3.2 模拟控制器的离散化(59)

3.2.1 Z变换法(59)

3.2.2 带有零阶保持器的Z变换法(60)

3.2.3 差分变换法(60)

3.2.4 双线性变换法(61)

3.2.5 各种离散化方法的比较(63)

3.3 数字PID控制(64)

3.3.1 理想微分PID控制(64)

3.3.2 实际微分PID控制(65)

3.3.3 控制算法实施中的具体问题(69)

3.4 数字PID控制算式的改进(73)

3.4.1 微分先行(73)

3.4.2 带死区的PID算法(73)

3.4.3 积分分离PID算法(74)

3.4.4 IPD算法(75)

3.5 数字PID参数整定方法(75)

3.5.1 PID控制器参数对系统性能的影响(76)

3.5.2 采样周期T的选择(76)

3.5.3 控制规律的选择(78)

3.5.4 扩充比例度法(78)

3.5.5 扩充响应曲线法(动态特性法)(80)

3.5.6 衰减曲线法(80)

3.5.7 数字PID的变参数整定(80)

3.5.8 数字PID参数的最优整定(81)

3.6 数字控制器的直接设计方法(83)

3.6.1 最少拍随动系统设计(83)

3.6.2 最少拍无纹波随动系统的设计(86)

3.6.3 大林控制算法(89)

3.7 数字控制器的计算机实现(94)

3.7.1 直接型(Ⅰ)(94)

3.7.2 直接型(Ⅱ)(95)

3.7.3 串联型实现(96)

3.7.4 并联型的实现(98)

3.7.5 控制算法实现举例(99)

3.7.6 控制算法的程序实现(100)

思考题和习题(102)

4 工业控制计算机组成概述(103)

4.1 工业控制计算机及发展演变(103)

4.1.1 工业控制计算机的组成结构及特点(103)

4.1.2 工业控制机总线结构(106)

4.1.3 工业控制机进展(117)

4.2 总线工控机产品(119)

4.2.1 IPC工业控制机(119)

4.2.2 外围接口部件(123)

4.2.3 工业控制系统中的人-机接口技术(127)

4.2.4 嵌入式PC机(131)

4.2.5 ADAM5510"嵌入式"控制器(137)

4.3 可编程逻辑控制器(PLC)(142)

4.3.1 PLC发展及工控特点(142)

4.3.2 PLC产品概览(145)

4.3.3 西门子(SIEMENS)可编程控制器(145)

4.4 硬件系统集成应用(151)

4.4.1 硬件组态集成概述(151)

4.4.2 系统集成举例(153)

思考题和习题(157)

5 控制系统应用程序设计(158)

5.1.工控机软件组成(158)

5.1.1 系统软件(158)

5.1.2 开发工具软件(161)

5.1.3 应用软件(165)

5.2 控制环节的软件思路(166)

5.2.1 数据结构及其应用(166)

5.2.2 测量数据预处理技术(170)

5.2.3 数字控制器的工程实现(174)

5.2.4 系统的有限字长数值问题(175)

5.2.5 软件抗干扰技术(178)

5.3 控制环节程序范例(181)

5.3.1 标度变换程序(181)

5.3.2 数字滤波程序(183)

5.3.3 数字PID算法程序(184)

5.3.4 串行通信程序(189)

5.4 监控组态软件(193)

5.4.1 概述(193)

5.4.2 组态软件的功能简介(193)

5.4.3 世纪星组态软件简介(195)

5.4.4 组态软件应用(198)

思考题和习题(200)

6 计算机控制策略与实现(201)

6.1 串级控制(201)

6.2 前馈控制(202)

6.2.1 基本概念(202)

6.2.2 应用的举例(206)

6.3 大纯滞后控制(208)

6.3.1 Smith预估时间补偿(209)

6.3.2 纯滞后采样控制(211)

6.4 计算指标控制(214)

6.5 超驰控制系统(217)

6.6 Bang-Bang控制(218)

6.6.1 概念(218)

6.6.2 开关曲线(219)

6.6.3 双模调节(221)

6.7 预测控制(223)

6.7.1 预测控制的结构形式(223)

6.7.2 模型算法控制(224)

6.7.3 动态矩阵控制(226)

6.7.4 预测控制的性质(232)

思考题和习题(233)

7 计算机控制系统设计与实现(234)

7.1 控制系统的工程设计方法(234)

7.1.1 系统设计的原则(234)

7.1.2 工程项目的确定(236)

7.1.3 工程项目的设计(237)

7.1.4 项目仿真与调试(238)

7.2 控制系统可靠性技术(239)

7.2.1 工业控制机的可靠性措施(239)

7.2.2 控制系统的抗干扰措施(241)

7.2.3 软件设计的可靠性措施(245)

7.3 控制系统的设计与实现(246)

7.3.1 系统总体方案设计(246)

7.3.2 硬件的工程设计与实现(247)

7.3.3 软件的工程设计与实现(249)

7.3.4 系统的调试与运行(252)

7.4 控制系统经济式设计与实现范例(255)

7.4.1 概述(255)

7.4.2 方案设计(255)

7.4.3 硬软件设计与调试(256)

7.5 控制系统集成式设计与实现范例(260)

7.5.1 范例对象描述与需求分析(261)

7.5.2 方案设计系统集成(262)

思考题和习题(268)

8 网络集成式分散控制系统(269)

8.1 数据通信与工业网络(269)

8.1.1 概述(269)

8.1.2 网络标准与通信协议(271)

8.1.3 工业控制网络结构与数据收发控制方式(274)

8.1.4 工业网络的性能评价和选型(274)

8.2 集散控制系统(276)

8.2.1 DCS概述(276)

8.2.2 DCS的分散过程控制级(280)

8.2.3 DCS的集中操作监控级(282)

8.2.4 DCS的综合信息管理级(282)

8.2.5 TDCS3000集散控制系统简介(284)

8.3 现场总线控制系统(285)

8.3.1 现场总线概述(285)

8.3.2 FCS体系结构(290)

8.4 移动式混凝土厂拌设备FCS系统实例(292)

8.4.1 概述(292)

8.4.2 现场测控仪表设计与实现(294)

8.4.3 控制系统及上位机设计(297)

8.4.4 混凝土站网络集成式控制管理系统(299)

思考题和习题(300)

有关计算机控制系统的网站地址(301)

参考文献(303)

《计算机控制系统》可作为普通高等院校自动化、电气工程及其自动化、计算机应用、电子信息工程等专业及其相关专业的本科生、研究生及教师的教科书和教学参考书，也可作为广大科技工作者和工程技术人员的参考书。