本書在第1版的基礎(chǔ)上修訂而成｡本書涉及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)､軟件設(shè)計(jì)､控制算法和仿真技術(shù)等內(nèi)容,既具有較強(qiáng)的理論性,也具有很強(qiáng)的實(shí)踐性｡主要內(nèi)容包括:計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本概念和組成､計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分類;采樣過程､數(shù)字控制設(shè)計(jì)基礎(chǔ)､離散化方法､數(shù)字控制器設(shè)計(jì)方法等計(jì)算機(jī)控制的基礎(chǔ)理論;計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的過程通道､數(shù)據(jù)處理和數(shù)字濾波､過程通道的可靠性措施;數(shù)字PID控制､*少拍控制､純滯后補(bǔ)償控制､模糊控制､神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等常用的控制算法的基本原理和實(shí)現(xiàn)方法;計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法及步驟,以及用于教學(xué)的兩個綜合應(yīng)用實(shí)例和用于學(xué)生研究性學(xué)習(xí)的兩個綜合項(xiàng)目｡
本書適合作為自動化､測控技術(shù)與儀器､電氣工程及其自動化等專業(yè)本科生的教材,也可供從事控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的專業(yè)技術(shù)人員參考｡
前 言計(jì)算機(jī)控制技術(shù)是把計(jì)算機(jī)技術(shù)與自動化控制原理融為一體的一門綜合性學(xué)問,是以計(jì)算機(jī)為核心部件的過程控制工程和運(yùn)動控制工程的綜合性技術(shù)隨著自動化技術(shù)計(jì)算機(jī)技術(shù)通信技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)管理技術(shù)等的發(fā)展,計(jì)算機(jī)控制技術(shù)將這些技術(shù)融合起來,呈現(xiàn)開放性集散性智能化網(wǎng)絡(luò)化等特點(diǎn),并以日新月異的速度發(fā)展以計(jì)算機(jī)控制技術(shù)為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)在軍事航天工業(yè)農(nóng)業(yè)交通運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)管理能源開發(fā)與利用等各個領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用基于這樣的應(yīng)用需求,社會對掌握計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的高素質(zhì)人才的需求不斷擴(kuò)大本書為普通高等教育電氣工程與自動化(應(yīng)用型)“十三五”規(guī)劃教材,教材編寫依據(jù)“全國高等學(xué)校電氣工程與自動化(應(yīng)用型)規(guī)劃教材編審委員會”提出的“基本理論適度注重工程應(yīng)用” 的基本原則,將理論知識與實(shí)踐知識有機(jī)地融合起來結(jié)合案例教學(xué)項(xiàng)目教學(xué)研究性學(xué)習(xí)等方法,借鑒國外精品教材以及國內(nèi)應(yīng)用型本科優(yōu)秀教材的寫作思路寫作方法以及章節(jié)安排,并不照搬適用于國內(nèi)研究型大學(xué)的教材編寫模式,堅(jiān)持“有所為,有所不為”,將計(jì)算機(jī)控制技術(shù)最核心的內(nèi)容寫透寫好,期望編寫出更加適合應(yīng)用型人才培養(yǎng)需要的教材,使學(xué)生易于理解和掌握,并掌握其應(yīng)用方法,基本具備計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力本書的編寫特色如下:1)把握核心內(nèi)容,仍以最基本的直接數(shù)字控制系統(tǒng)為主要對象,計(jì)算機(jī)控制基礎(chǔ)理論過程通道(硬件和數(shù)字濾波)常用的控制算法作為核心內(nèi)容2)注意以問題(或案例項(xiàng)目) 為驅(qū)動,引出各章(或節(jié)) 的知識點(diǎn),激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣3)注重實(shí)際和工程應(yīng)用,給出較多的實(shí)際例子和實(shí)物圖例,將理論知識與實(shí)踐知識有機(jī)地融合起來,并將作者多年的科研成果應(yīng)用到教材中4)進(jìn)行理論分析時注重應(yīng)用MATLAB對實(shí)例進(jìn)行仿真,使抽象的理論知識易于理解5)文字闡述簡潔易懂,理論論述簡單通俗易于理解,有利于學(xué)生課后自學(xué)本書共分5章:第1章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述,第2章計(jì)算機(jī)控制的理論基礎(chǔ),第3章過程通道,第4章常用的計(jì)算機(jī)控制算法,第5章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)其中,第2~4章是本書的重點(diǎn),也是設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的核心基礎(chǔ)本書適合作為自動化測控技術(shù)與儀器電氣工程及其自動化等專業(yè)本科生的教材,也可供其他專業(yè)及從事控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的專業(yè)技術(shù)人員參考本書參考學(xué)時為56學(xué)時(含8學(xué)時的實(shí)驗(yàn)),可根據(jù)教學(xué)計(jì)劃和專業(yè)的不同要求進(jìn)行適當(dāng)安排,部分內(nèi)容可自學(xué),因此也可按48學(xué)時組織教學(xué)本書由廣西科技大學(xué)羅文廣教授組織編寫和統(tǒng)稿,第1章第4章的4.5節(jié)和4.6節(jié)由廣西科技大學(xué)袁海英編寫,第2章由廣西科技大學(xué)石玉秋編寫,第3章由廣西科技大學(xué)廖鳳依編寫,第4章的4.1~4.4節(jié)4.7節(jié)和4.8節(jié)第5章由羅文廣編寫由于作者水平有限,書中疏漏和不妥之處在所難免,敬請讀者批評指正作 者
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 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
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