计算机控制技术 第3版

本书是普通高等教育“十一五”国家级规划教材、国家级一流本科课程教材、国家级精品资源共享课程教材、国家级精品课程教材，并荣获山东省高等学校优秀教材一等奖。本书为第3版，主要是基于计算机控制与网络技术的发展，利用工业界、学术界和教育界所取得的成果对第2版进行了修订。教材针对新工科建设、工程教育专业认证和卓越工程人才培养，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总线工业控制机或PC系列计算机为控制工具，系统地阐述了计算机控制系统的设计和工程实现方法。全书共9章，内容包括计算机控制系统及其组成、计算机控制系统的典型型式、发展概况和趋势；计算机控制系统的硬件设计技术；数字控制技术；常规及复杂控制技术；现代控制技术；先进控制技术；计算机控制系统的软件设计技术；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。本书可作为高等院校自动化类、电气类、机械类、仪器类、计算机类、电子信息类等专业高年级本科生的教材，也可作为相关学科专业低年级研究生的教材，还可供有关科技人员参考和自学。

前言第1章绪论111计算机控制系统概述1111自动控制系统1112计算机控制系统2113计算机控制系统的组成3114计算机控制系统的主机512计算机控制系统的典型型式7121操作指导控制系统7122直接数字控制系统7123监督计算机控制系统8124集散控制系统8125现场总线控制系统8126综合自动化系统913计算机控制系统的发展概况和趋势10131计算机控制系统的发展概况10132计算机控制系统的发展趋势13习题15第2章计算机控制系统的硬件设计技术1621工控机的总线技术16211总线概述16212系统总线简介17213外部总线简介2122总线接口扩展技术22221系统总线接口扩展技术22222外部总线接口扩展技术2723输入/输出接口与过程通道设计原理29231数字量输入/输出接口与过程通道30232模拟量输入接口与过程通道33233模拟量输出接口与过程通道44234脉冲量输入/输出接口与过程通道4924基于系统总线的计算机控制系统硬件设计52241数字量输入/输出接口与过程通道模板设计52242模拟量输入接口与过程通道模板设计53243模拟量输出接口与过程通道模板设计56244脉冲量输入/输出接口与过程通道模板设计5725基于外部总线的计算机控制系统硬件设计58251基于外部总线的硬件设计方案58252远程I/O模块58253其他测控装置6226硬件抗干扰技术66261过程通道抗干扰技术67262主机抗干扰技术72263系统供电与接地技术75习题78第3章数字控制技术8031数字控制基础80311数控技术发展概况80312数字控制原理81313数字控制方式82314数字控制系统82315数控系统的分类8332运动轨迹插补原理84321逐点比较法直线插补85322逐点比较法圆弧插补88323数字积分法插补9133进给速度与加减速控制97331进给速度控制97332加减速控制9834电动机驱动控制与位置伺服系统100341步进电动机驱动控制100342直流伺服电动机驱动控制106343交流伺服电动机驱动控制106344位置伺服系统10735多轴运动控制技术110351多轴运动控制系统结构110352多轴运动控制系统硬件设计110353多轴运动控制系统软件设计112354数控系统设计举例——基于IPC的多轴运动控制113习题116第4章常规及复杂控制技术11741控制系统的性能指标117411稳态性能指标117412动态性能指标118413抗干扰性能118414对控制作用的限制11842数字控制器的连续化设计技术119421数字控制器的连续化设计步骤119422理想数字PID控制器的设计122423实际数字PID控制器的设计124424数字PID控制器的改进128425数字PID控制器的参数整定13043数字控制器的离散化设计技术135431数字控制器的离散化设计步骤135432最少拍控制器的设计136433最少拍有纹波控制器的设计140434最少拍无纹波控制器的设计14544纯滞后系统控制技术148441史密斯预估控制——连续化设计技术148442达林算法——离散化设计技术15045串级控制技术154451串级控制的结构和原理155452数字串级控制算法155453副回路微分先行串级控制算法15646前馈反馈控制技术157461前馈控制的结构和原理158462前馈反馈控制结构158463数字前馈反馈控制算法16047解耦控制技术161471解耦控制原理162472数字解耦控制算法164习题165第5章现代控制技术16751采用状态空间的输出反馈设计法167511连续状态方程的离散化168512最少拍无纹波系统的跟踪条件168513输出反馈设计法的设计步骤16952采用状态空间的极点配置设计法171521按极点配置设计控制规律172522按极点配置设计状态观测器174523按极点配置设计控制器178524跟踪系统设计18253采用状态空间的最优化设计法183531LQ最优控制器设计184532状态最优估计器设计187533LQG最优控制器设计192534跟踪系统设计192习题193第6章先进控制技术19461模糊控制技术194611模糊控制的数学基础194612模糊控制原理199613模糊控制器设计203614双输入单输出模糊控制系统设计20562神经网络控制技术208621神经网络基础208622神经网络控制21063专家控制技术213631专家系统213632专家控制介绍214633专家控制基本思想216634专家控制组织结构21864预测控制技术219641内部模型219642预测模型220643预测控制算法22265其他先进控制技术225习题226第7章计算机控制系统的软件设计技术22771程序设计技术227711模块化与结构化程序设计227712面向过程与面向对象的程序设计229713高级语言I/O控制台编程23072人机接口（HMI/SCADA）技术230721HMI/SCADA的含义230722基于监控组态软件设计人机接口231723基于可视化高级语言设计人机接口23273测量数据预处理与系统有限字长 233731误差自动校准233732线性化处理和非线性补偿235733标度变换方法236734越限报警处理237735量化误差来源237736AD、DA及运算字长的选择23974数字控制器的工程实现241741给定值和被控量处理241742偏差处理242743控制算法的实现243744控制量处理243745自动/手动切换技术24475软件抗干扰技术245751数字滤波技术245752开关量的软件抗干扰技术247753指令冗余技术248754软件陷阱技术248习题249第8章分布式测控网络技术25081工业网络技术250811工业网络概述250812数据通信编码技术254813网络协议及其层次结构255814IEEE 802标准256815工业网络的性能评价和选型25782集散控制系统258821DCS概述259822DCS的分散控制级263823DCS的集中监控级265824DCS的综合管理级26783现场总线控制系统269831现场总线概述269832五种典型的现场总线27484工业以太网测控系统278841工业以太网概述278842工业以太网测控系统设计27985系统集成与综合自动化系统282851系统集成282852五层Purdue模型285853ERPMESPCS三层结构286854综合自动化系统的实现28886网络化控制系统289861网络化控制系统的定义289862网络化控制系统的结构和模型290863网络化控制系统的常见问题291864网络化控制系统性能分析29287工业互联网与智能工厂294871无线传感器网络294872物联网294873工业大数据与工业互联网297874数字化车间与智能工厂298习题299第9章计算机控制系统设计与实现30091系统设计的原则与步骤300911系统设计的原则300912系统设计的步骤30192系统的工程设计与实现304921系统总体方案设计304922硬件的工程设计与实现305923软件的工程设计与实现307924系统的调试与运行30993设计举例——啤酒发酵过程计算机控制系统312931啤酒发酵工艺及控制要求313932系统总体方案的设计313933系统硬件和软件的设计315934系统的安装调试运行及控制效果31894设计举例——机器人关节运动计算机控制系统319941PUMA560机器人的结构原理319942机器人运动学方程319943机器人动力学方程320944机器人手臂的独立关节位置伺服控制320习题322参考文献323