作者：周俊

出版社：东南大学出版社

图书书号：9787564168506

出版日期：2016年12月

开本：16

版次：1/1

印张：15.75

字数：393千字

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上架时间：2016-12-23

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价格：￥39元

本书详细阐述了计算机控制系统概况、过程通道配置与数位讯号处理、计算机控制系统分析、数字PID控制器设计、数字控制器的连续系统方法设计、数字控制器的直接设计、

複杂数字控制器设计、数字控制器的状态空间法设计、集散控制系统、现场汇流排控制系统和计算机控制系统实例,附录还简单介绍了主编独创的虚拟被控对象的计算机控制实验。对于暂时不具备开设複杂计算机控制实验条件的学校,该套实验为读者提供了一种不需要添加任何非计算机设备就能对计算机控制实验改造升级的手段。实验系统为读者提供了一个软体实现的虚拟过程通道和虚拟被控对象平台,能够非常方便和直观地仿真计算机控制系统的实物对象(如A/D和D/A转换误差;执行器的饱和、死区、变化速率限制;被控对象的动态特性和饱和特性等),因而在该平台上实验比MATLAB等仿真实验更接近真实计算机控制系统环境。

本书编写力求层次分明、结构简练、主题突出、由浅入深,计算机控制系统的基本概念和知识的解释準确清晰、介绍简明扼要,注重将计算机控制系统的硬体和软体技术有机地结合起来,重点介绍了计算机控制系统的组成、常规和现代数字控制器设计,介绍了网路多机协调控制技术,通过典型设计使读者深入理解计算机控制系统技术,帮助读者掌握计算机控制技术的主要内容。

本书既可作为高等院校自动控制、自动化、计算机套用、机电一体化等专业及相关专业的高年级本科生教材,也可作为相关专业科技人员的参考书籍。

第1章

计算机控制系统概述1

1.1计算机控制系统的产生及原理1

1.1.1模拟控制向计算机控制的发展1

1.1.2计算机控制系统的基本工作原理2

1.2计算机控制系统的构成3

1.2.1计算机控制系统硬体的基本构成3

1.2.2计算机控制系统软体的基本组成4

1.2.3控制用计算机的主要特点5

1.3计算机控制系统的分类7

1.4计算机控制系统举例11

1.4.1工业炉燃料和空气比率控制系统(生产过程控制)11

1.4.2火炮瞄準位置控制系统(运动控制)11

1.4.3原料混合和加热控制系统(顺序控制)12

1.5计算机控制系统的优缺点和发展趋势12

1.5.1计算机控制系统的主要优点和缺点12

1.5.2计算机控制系统的发展趋势13

思考题与习题114

第2章

过程通道配置与数位讯号处理15

2.1信号变换15

2.1.1计算机控制系统中信号的分类15

2.1.2计算机控制系统中信号的变换16

2.2过程通道的硬体选型18

2.2.1感测器与变送器的选型19

2.2.2执行器与功放接口电路的选型21

2.2.3输入/输出通道接口板的选型23

2.3过程通道抗干扰技术24

2.3.1干扰信号的分类24

2.3.2串模干扰的抑制25

2.3.3共模干扰的抑制27

2.4过程通道数字滤波技术29

2.5线性化处理技术32

2.5.1计算法33

2.5.2查表法33

2.5.3线性插值法34

2.6标度变换技术36

思考题与习题237

第3章

计算机控制系统分析38

3.1计算机控制系统的数学模型38

3.1.1差分方程38

3.1.2Z变换38

3.1.3Z反变换40

3.1.4脉冲传递函式42

3.2计算机控制系统的稳定性分析43

3.2.1Z平面和S平面的映射关係43

3.2.2稳定性判据45

3.3离散控制系统的稳态特性分析46

3.4离散控制系统的动态特性分析47

3.4.1闭环极、零点对系统动态回响的影响47

3.4.2离散控制系统的动态回响49

3.5计算机控制系统的频率特性分析50

3.5.1频率特性定义50

3.5.2频率特性分析50

思考题与习题352

第4章

数字PID控制器设计53

4.1标準数字PID控制算法53

4.1.1PID控制基本原理53

4.1.2标準PID控制数字算式54

4.1.3数字PID程式流程图56

4.2改进的PID算法57

4.2.1带有死区的PID算式57

4.2.2抑制积分饱和的PID算法57

4.2.3不完全微分的PID算式60

4.2.4微分先行PID控制62

4.3数字PID控制工程实现的一些问题62

4.3.1工程上数字PID控制器程式的组成62

4.3.2编程时需要注意的几个问题63

4.3.3数字PID控制工程的报警处理64

4.3.4自动/手动切换65

4.4PID参数整定方法66

4.4.1採样周期T的选择66

4.4.2扩充临界比例度法67

4.4.3简化扩充临界比例度法68

4.4.4扩充回响曲线法68

4.4.5试凑法整定PID控制器参数69

思考题与习题469

第5章

数字控制器的连续系统方法设计71

5.1连续系统方法设计数字控制器的原理71

5.2数值积分法72

5.2.1三种变换公式72

5.2.2三种变换法的稳定性分析76

5.2.3双线性变换的预扭曲77

5.3零极点匹配法79

5.4等效保持算法80

5.4.1冲击回响不变转换80

5.4.2阶跃回响不变转换81

5.5设计举例81

5.6各种方法的比较83

思考题与习题584

第6章

数字控制器的直接设计85

6.1系统性能指标与Z域极、零点的关係85

6.1.1主导极点在Z域样板图中的位置85

6.1.2稳态性能指标对控制器在Z域极、零点的要求86

6.1.3动态性能指标对系统主导极点的要求87

6.2Z平面上的根轨迹法90

6.3用解析法进行数字控制器设计95

6.4最少拍控制系统的设计97

6.4.1最少拍控制系统的基本概念97

6.4.2最少拍控制器设计98

6.4.3最少拍控制系统的局限性100

6.5最少拍无波纹控制系统的设计102

6.6非最少的有限拍控制104

6.7惯性因子法105

6.8大林算法106

6.8.1大林基本算法106

6.8.2振铃现象的消除107

思考题与习题6110

第7章

複杂数字控制器设计111

7.1串级控制111

7.1.1串级控制的工作原理111

7.1.2串级控制系统设计113

7.1.3串级控制系统的主要优点114

7.2前馈控制115

7.2.1前馈控制的工作原理115

7.2.2前馈控制系统设计117

7.3史密斯(Smith)预估控制117

7.3.1史密斯(Smith)预估控制的工作原理118

7.3.2史密斯(Smith)预估控制系统设计119

7.4比值控制119

7.4.1单闭环比值控制119

7.4.2双闭环比值控制120

思考题与习题7121

第8章

数字控制器的状态空间法设计122

8.1线性定常离散系统的状态空间描述122

8.1.1状态方程与输出方程122

8.1.2连续系统状态空间数学模型的离散化123

8.1.3离散系统状态空间数学模型的实现124

8.2线性定常离散系统的状态空间分析128

8.2.1状态方程的Z变换求解128

8.2.2系统的稳定性130

8.2.3能控性、能达性和能观性130

8.3极点配置131

8.3.1状态反馈与输出反馈131

8.3.2状态反馈的极点配置132

8.3.3输出反馈的极点配置134

8.4带状态观测器的状态反馈系统设计135

思考题与习题8137

第9章

集散控制系统138

9.1数据通信与工业网138

9.1.1数据通信的基本概念138

9.1.2数据传输模式139

9.1.3异步传输与同步传输140

9.1.4差错控制技术142

9.1.5网路拓扑结构143

9.1.6网路通信协定146

9.2集散控制系统的产生148

9.3集散控制系统的基本构成149

9.3.1分散过程控制级149

9.3.2集中操作监控级151

9.4集散控制系统的主要特点152

9.5集散控制系统设计153

9.6SCADA系统简介156

9.6.1系统概述156

9.6.2SCADA系统体系结构157

9.6.3SCADA系统与DCS的主要区别159

9.7计算机集成製造系统(CIMS)简介160

9.7.1系统概述160

9.7.2CIMS的体系结构160

9.7.3CIMS与DCS的主要区别162

9.8集散控制系统的发展趋势162

思考题与习题9163

第10章

现场汇流排控制系统164

10.1现场汇流排控制系统的基本概念164

10.2现场汇流排的体系结构165

10.3现场汇流排智慧型仪表166

10.4现场汇流排控制系统的特点与优势168

10.4.1FCS与DCS的比较168

10.4.2现场汇流排控制系统的技术特点169

10.4.3现场汇流排控制系统的主要优点169

10.5几种典型的现场汇流排170

10.5.1基金会现场汇流排(FF)171

10.5.2过程现场汇流排(Profibus)172

10.5.3局部操作网路(LonWork)175

10.5.4控制区域网路(CAN)175

10.5.5可定址远程感测器数据通路(HART)176

10.6工业乙太网与实时乙太网简介177

10.6.1工业乙太网概述177

10.6.2几种工业乙太网协定简介178

10.6.3实时乙太网的产生179

10.6.4几种实时乙太网通信协定简介180

10.7现场汇流排的主要产品184

思考题与习题10185

第11章

计算机控制系统实例186

11.1锅炉计算机控制系统186

11.1.1锅炉生产工艺简介186

11.1.2锅炉控制方案187

11.1.3锅炉控制系统结构189

11.1.4锅炉控制系统软体设计191

11.2钢筋卷绕控制系统192

11.2.1钢筋卷绕控制工艺简介192

11.2.2感测器和执行元件的选择193

11.2.3控制系统基本结构198

11.2.4关键功能模组控制器设计200

11.3某焦化企业DCS系统200

11.3.1系统工艺流程与控制需求200

11.3.2系统硬体配置203

11.3.3系统软体配置205

11.3.4系统组态编程207

11.3.5部分组态界面举例208

11.4无人靶机单片机控制系统211

11.4.1系统基本组成和功能需求211

11.4.2系统控制器设计212

11.4.3系统软体设计214

11.5智慧型家居控制系统215

11.5.1智慧型家居控制需求215

11.5.2设计原则216

11.5.3系统组成与主要功能216

附录A部分函式拉氏变换与Z变换对照表219

附录B基于虚拟实验平台的计算机控制实验简介220

B.1基于虚拟实验平台的计算机控制实验基本原理220

B.2虚拟被控对象简介221

B.3虚拟输入/输出过程通道简介226

B.4基于虚拟实验平台的计算机控制实验编程指导228

B.5实验一虚拟被控对象计算机PID控制实验指导书230

B.6实验二虚拟被控对象大林算法控制实验指导书232

B.7实验三计算机前馈与反馈相结合控制实验指导书235

参考文献238