微型计算机控制技术(第4版新时代高等学校计算机类专业教材)

\"本书第4版根据计算机控制与网络技术的发展，基于工业界、科技界和教育界的成果进行了全面修订。本书面向新工科建设、工程教育专业认证和卓越工程人才培养计划，以立德树人为根本任务，以科学家精神、企业家精神、工匠精神等中国精神为动力，以培养学生解决复杂工程和实际问题的综合能力为出发点，以主流机型PC/ISA/PCI/PCIE总线工业控制机和PC系列为控制工具，系统地阐述计算机控制系统的设计技术与工程实现方法。全书共8章，主要内容包括: 计算机控制系统及其组成、典型形式、发展概况和趋势，输入输出接口与过程通道，数字控制技术，常规及复杂控制技术，现代控制技术，应用程序设计与实现技术，分布式测控网络技术，计算机控制系统设计与实现。 本书内容丰富，体系新颖，理论联系实际，实践性、工程性、系统性和集成性强。可作为高等院校自动化类、计算机类、电子信息类、电气类、机械类、仪器类等专业高年级本科生的教材，也可作为相关专业低年级研究生的教材，还可供有关科技人员参考。 \"

目录Contents PPT第1章绪论1 1.1计算机控制系统概述1 1.1.1计算机控制系统2 1.1.2计算机控制系统的组成3 1.1.3计算机控制系统的主机5 1.2计算机控制系统的典型形式7 1.2.1操作指导控制系统8 1.2.2直接数字控制系统8 1.2.3监督计算机控制系统9 1.2.4集散控制系统10 1.2.5现场总线控制系统10 1.2.6综合自动化系统11 1.3计算机控制系统的发展概况和趋势12 1.3.1计算机控制系统的发展概况12 1.3.2计算机控制系统的发展趋势15 习题17 第2章输入输出接口与过程通道18 2.1工业控制机总线及其接口扩展技术18 2.1.1工业控制机总线技术18 2.1.2系统总线接口扩展技术24 2.1.3外部总线接口扩展技术30 2.2输入输出接口与过程通道设计原理33 2.2.1数字量输入输出接口与过程通道33 2.2.2模拟量输入接口与过程通道38 2.2.3模拟量输出接口与过程通道52 2.2.4脉冲量输入输出接口与过程通道582.3基于系统总线的计算机控制系统硬件设计61 2.3.1数字量输入输出接口与过程通道模板设计61 2.3.2模拟量输入接口与过程通道模板设计63 2.3.3模拟量输出接口与过程通道模板设计66 2.3.4脉冲量输入输出接口与过程通道模板设计68 2.4基于外部总线的计算机控制系统硬件设计69 2.4.1基于外部总线的硬件设计方案69 2.4.2智能远程I/O模块70 2.4.3其他测控装置73 2.5硬件抗干扰技术79 2.5.1过程通道抗干扰技术79 2.5.2主机抗干扰技术86 2.5.3系统供电与接地技术88 习题93 ◆微型计算机控制技术(第4版)目录第3章数字控制技术95 3.1数字控制基础95 3.1.1数控技术发展概况95 3.1.2数字控制原理96 3.1.3数字控制方式97 3.1.4数字控制系统98 3.1.5数控系统的分类99 3.2运动轨迹插补原理100 3.2.1逐点比较法的直线插补101 3.2.2逐点比较法的圆弧插补104 3.2.3数字积分法插补109 3.3进给速度与加减速控制116 3.3.1进给速度控制116 3.3.2加减速控制117 3.4电机驱动控制与位置伺服系统120 3.4.1步进电机驱动控制120 3.4.2直流伺服电机驱动控制126 3.4.3交流伺服电机驱动控制127 3.4.4位置伺服系统127 3.5多轴运动控制技术131 3.5.1多轴运动控制系统结构131 3.5.2多轴运动控制系统硬件设计131 3.5.3多轴运动控制系统软件设计133 3.5.4数控系统设计举例——基于IPC的多轴运动控制135 习题138 第4章常规及复杂控制技术140 4.1控制系统的性能指标140 4.1.1稳态性能指标140 4.1.2动态性能指标141 4.1.3抗干扰性能141 4.1.4对控制作用的限制141 4.2数字控制器的连续化设计技术142 4.2.1数字控制器的连续化设计步骤142 4.2.2理想数字PID控制器的设计146 4.2.3实际数字PID控制器的设计147 4.2.4数字PID控制器的改进152 4.2.5数字PID控制器的参数整定156 4.3数字控制器的离散化设计技术161 4.3.1数字控制器的离散化设计步骤161 4.3.2最少拍控制器的设计162 4.3.3最少拍有纹波控制器的设计167 4.3.4最少拍无纹波控制器的设计171 4.4纯滞后控制技术175 4.4.1施密斯预估控制——连续化设计技术175 4.4.2达林算法——离散化设计技术178 4.5串级控制技术182 4.5.1串级控制的结构和原理182 4.5.2数字串级控制算法183 4.5.3副回路微分先行串级控制算法184 4.6前馈反馈控制技术186 4.6.1前馈控制的结构和原理186 4.6.2前馈反馈控制结构186 4.6.3计算机前馈反馈控制算法188 4.7解耦控制技术190 4.7.1解耦控制原理192 4.7.2计算机解耦控制算法193 4.8模糊控制技术194 4.8.1模糊控制的数学基础194 4.8.2模糊控制原理199 4.8.3模糊控制器设计204 4.8.4双输入单输出模糊控制系统设计206 4.9其他控制技术210 习题212 第5章现代控制技术214 5.1采用状态空间的输出反馈设计法214 5.1.1连续状态空间方程的离散化215 5.1.2最少拍无纹波系统的跟踪条件215 5.1.3输出反馈设计法的设计步骤216 5.2采用状态空间的极点配置设计法219 5.2.1按极点配置设计控制规律219 5.2.2按极点配置设计状态观测器222 5.2.3按极点配置设计控制器226 5.2.4跟踪系统设计231 5.3采用状态空间的最优化设计法233 5.3.1LQ最优控制器设计233 5.3.2状态最优估计器设计237 5.3.3LQG最优控制器设计242 5.3.4跟踪系统的设计243 习题244 第6章应用程序设计与实现技术245 6.1程序设计技术245 6.1.1模块化与结构化程序设计245 6.1.2面向过程与面向对象的程序设计247 6.1.3高级语言I/O控制台编程248 6.2人机接口技术249 6.2.1HMI/SCADA的含义249 6.2.2基于监控组态软件设计人机接口250 6.2.3基于可视化高级语言设计人机接口250 6.3测量数据预处理技术251 6.3.1系统误差自动校准252 6.3.2线性化处理和非线性补偿253 6.3.3标度变换方法255 6.3.4越限报警处理256 6.3.5量化误差来源257 6.3.6A/D、D/A转换器的字长选择259 6.4数字控制器的工程实现261 6.4.1给定值和被控量处理261 6.4.2偏差处理262 6.4.3控制算法的实现264 6.4.4控制量处理264 6.4.5自动/手动切换技术265 6.5软件抗干扰技术266 6.5.1数字滤波技术267 6.5.2开关量的软件抗干扰技术269 6.5.3指令冗余技术270 6.5.4软件陷阱技术270 习题271 第7章分布式测控网络技术272 7.1工业网络技术272 7.1.1工业网络概述272 7.1.2数据通信编码技术276 7.1.3网络协议及其层次结构277 7.1.4IEEE 802标准279 7.1.5工业网络的性能评价和选型280 7.2集散型控制系统282 7.2.1DCS概述282 7.2.2DCS的分散控制级287 7.2.3DCS的集中监控级290 7.2.4DCS的综合管理级292 7.3现场总线控制系统294 7.3.1现场总线概述295 7.3.25种典型的现场总线300 7.4工业以太网测控系统304 7.4.1工业以太网概述304 7.4.2工业以太网测控系统设计306 7.5系统集成与综合自动化系统309 7.5.1系统集成309 7.5.2Purdue模型313 7.5.3ERPMESPCS模型315 7.5.4综合自动化系统的实现316 7.6网络化控制系统318 7.6.1网络化控制系统的定义318 7.6.2网络化控制系统的结构和模型319 7.6.3网络化控制系统的常见问题320 7.6.4网络化控制系统性能分析321 7.7工业互联网与智能工厂323 7.7.1无线传感器网络323 7.7.2物联网324 7.7.3工业大数据与工业互联网327 7.7.4数字化车间与智能工厂328 习题329 第8章计算机控制系统设计与实现330 8.1系统设计的原则与步骤330 8.1.1系统设计的原则330 8.1.2系统设计的步骤332 8.2系统的工程设计与实现335 8.2.1系统总体方案设计335 8.2.2硬件的工程设计与实现336 8.2.3软件的工程设计与实现338 8.2.4系统的调试与运行341 8.3设计示例——啤酒发酵过程计算机控制系统344 8.3.1啤酒发酵工艺及控制要求345 8.3.2系统总体方案的设计345 8.3.3系统硬件和软件的设计347 8.3.4系统的安装、调试、运行及控制效果351 8.4设计示例——机器人关节运动计算机控制系统351 8.4.1PUMA560机器人的结构原理352 8.4.2机器人运动学方程352 8.4.3机器人动力学方程353 8.4.4机器人手臂的独立关节位置伺服控制353 习题356 参考文献357