计算机控制技术

　　本书以计算机控制系统为主，深入浅出地论述了计算机控制系统的理论和应用。全书共分9章。作为学习离散系统的前提条件，本书首先概括地介绍了连续控制系统的基本理论知识以及计算机控制实现的基本程序；其次以经典控制算法PID为基础，介绍了由连续控制器到离散控制器的设计方法，较深入地分析了PID算法性能和参数整定；随后重点讲述了控制器的直接设计方法，给出了最少拍无波纹控制器的设计方法；最后还对计算机控制系统的设计与实现和计算机控制网络给予了较详细的论述。书中列举了大量例题，给学生学习提供了方便。本书知识点突出，详略得当，语言简洁，便于非控制类专业本科（如计算机类）学生作为教材使用，也可供大专学生使用。本书配有电子教案，需要者可与出版社联系，免费索取。

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第1章自动控制系统的基本概念1
1.1自动控制系统的基本概念2
1.1.1自控系统的工作原理2
1.1.2自动控制的基本方式5
1.1.3对控制系统的基本要求6
1.2计算机控制系统的一般构成7
1.2.1一般概念7
1.2.2计算机控制系统的组成8
1.2.3微机控制系统的分类10
1.3计算机控制系统的发展15
小结16
习题16
第2章自动控制系统分析基础18
2.1控制系统的数学模型18
2.1.1系统微分方程的建立18
2.1.2非线性微分方程的线性化20
2.1.3微分方程的解21
2.2传递函数24
2.2.1传递函数的概念及定义25
2.2.2传递函数的基本性质26
2.2.3结构图等效变换及系统的传递函数28
小结37
习题37
第3章连续控制系统的分析与设计39
3.1系统响应指标与输入信号39
3.1.1系统的性能指标39
3.1.2典型输入信号40
3.2时域分析法41
3.2.1系统的阶跃响应分析42
3.2.2控制系统的稳定性49
3.2.3反馈控制系统的稳态误差53
3.3频率响应分析法59
3.3.1频率响应的基本概念59
3.3.2典型环节的频率特性61
3.3.3开环系统的频率特性66
3.3.4频率法分析系统的稳定性和性能指标69
3.4用频率法校正系统72
3.4.1校正与综合的基本概念72
3.4.2综合设计的主要方法75
小结77
习题77
第4章数据采集系统设计81
4.1概述81
4.1.1数据采集系统的构成81
4.1.2过程通道的作用与分类81
4.2模拟量输入通道82
4.2.1信号的采样和量化82
4.2.2模拟量输入通道的组成84
4.2.3A/D转换器及其接口技术86
4.3模拟量输出通道93
4.3.1模拟量输出通道的结构形式93
4.3.2D/A转换器及其接口技术94
4.4数字量输入输出通道99
4.4.1数字量输入通道99
4.4.2数字量输出通道100
4.5数据处理与滤波101
4.5.1线性化处理101
4.5.2标度变换102
4.5.3数字滤波103
小结106
习题107
第5章顺序与数字程序控制108
5.1顺序控制与可编程序控制器108
5.1.1顺序控制器概述108
5.1.2继电器控制逻辑与梯形图108
5.1.3PLC及其简单应用111
5.2开环数字程序控制114
5.2.1开环数字控制原理114
5.2.2平面直线插补算法116
5.2.3四象限直线插补算法120
5.3平面圆弧插补算法120
5.3.1第一象限圆弧插补算法与实现120
5.3.2四象限圆弧插补计算公式124
小结126
习题126
第6章数字控制器的模拟化设计128
6.1概述128
6.1.1数字控制器的设计方法128
6.1.2差分变换法128
6.2数字PID控制器的设计130
6.2.1模拟PID控制器130
6.2.2数字PID控制器131
6.3数字PID控制算法的改进133
6.3.1抑制积分饱和的PID算法133
6.3.2不完全微分的PID算法134
6.3.3微分先行PID算法136
6.3.4纯滞后的补偿算法137
6.3.5带死区的PID控制138
6.3.6时间最优PID控制138
6.4PID控制器的参数整定139
6.4.1采样周期T的选择原则139
6.4.2用扩充临界比例度法选择PID参数140
6.4.3用扩充响应曲线法选择PID参数140
6.4.4PID归一参数整定法141
6.4.5凑试法确定PID参数142
小结142
习题142
第7章离散控制系统设计144
7.1离散系统分析基础144
7.1.1Z变换及性质144
7.1.2Z反变换149
7.1.3用Z变换解差分方程153
7.1.4脉冲传递函数及方框图分析155
7.2离散系统性能分析160
7.2.1s域到z域的变换160
7.2.2离散系统稳定性及稳定条件161
7.2.3参数对稳定性影响162
7.2.4采样系统的动态特性分析163
7.3数字控制器直接设计165
7.3.1直接数字控制器的脉冲传递函数165
7.3.2最少拍有波纹控制器设计166
7.3.3最少拍无波纹控制器设计173
7.4大林(Dahlin)算法174
7.4.1一阶被控对象的大林算法175
7.4.2二阶被控对象的大林算法175
7.4.3振铃现象及其抑制176
7.5数字控制器D(z)算法实现178
7.5.1直接程序设计178
7.5.2串行程序设计180
7.5.3并行程序设计182
小结184
习题184
第8章计算机控制系统设计与实现187
8.1概述187
8.2系统设计的原则与步骤188
8.2.1计算机应用系统的一般构成188
8.2.2应用系统的设计原则和要求190
8.2.3系统设计的基本内容和步骤192
8.3系统的工程设计与实现198
8.3.1系统总体方案设计198
8.3.2硬件的工程设计与实现200
8.3.3软件的工程设计与实现202
8.3.4系统的调试与运行204
8.4计算机控制系统设计实例206
8.4.1城市交通管理控制系统分析与设计206
8.4.2啤酒发酵过程计算机控制系统210
小结215
习题215
第9章工业控制网络216
9.1集散控制系统216
9.1.1概述216
9.1.2集散系统的基本结构218
9.1.3集散系统的特点221
9.1.4集散系统的发展方向与趋势221
9.2现场总线概述222
9.2.1现场总线的含义222
9.2.2现场总线对自动化领域的变革224
9.2.3现场总线产生的原因224
9.2.4现场总线发展过程225
9.2.5现场总线的设备226
9.3五种有影响的现场总线227
9.3.1FF(FoundationFieldbus)227
9.3.2LONWORKS(LocalOperatingNetworks)227
9.3.3PROFIBUS(ProcessFieldbus)228
9.3.4CAN(ControlAreaNetwork)228
9.3.5HART(HighwayAddressableRemoteTransducer)229
9.4OSI参考模型与现场总线通信模型230
9.4.1基金会现场总线通信模型230
9.4.2LONWORKS通信模型231
9.4.3PROFIBUS通信模型231
9.4.4CAN通信模型232
9.4.5HART通信模型232
9.5FF现场总线技术232
9.5.1物理层(PhysicalLayer)232
9.5.2数据链路层(DataLinkLayer)236
9.5.3应用层(ApplicationLayer)238
9.5.4用户层(UserLayer)240
9.6现场总线控制系统设计244
小结247
习题247
附录部分函数的Z变换.拉氏变换表248
参考文献249