计算机控制技术

本书是“十三五”江苏省高等学校重点教材，着重介绍计算机控制系统的概念、结构与组成，理论基础，控制算法，相关技术以及系统设计与应用实例。全书共6章，主要内容以工控机、PLC为控制主机，工业锅炉、船舶可调螺距螺旋桨、大型耙吸式挖泥船等为控制对象构成计算机控制系统，讲述计算机控制理论，常用数字控制技术与优选控制技术，系统设计方法、原则与步骤以及软硬件的具体设计过程。本书内容简明扼要，深入浅出，融入了作者多年教学与工程实践的经验与体会。书中有适量的例题与习题，并对其中部分应用实例在MATLAB环境下进行了仿真。

前言
第1章绪论1
1.1计算机控制系统的基本概念1
1.1.1开环控制与闭环控制1
1.1.2计算机控制系统的含义2
1.2计算机控制系统的组成3
1.2.1计算机控制系统的硬件构成3
1.2.2计算机控制系统的软件构成4
1.3计算机控制系统的典型类型5
1.3.1操作指导控制系统5
1.3.2直接数字控制系统6
1.3.3监督控制系统6
1.3.4集散控制系统7
1.3.5现场总线控制系统8
1.4计算机控制系统的发展概况与趋势9
1.4.1计算机控制系统的发展概况9
1.4.2计算机控制系统的发展趋势10
习题13
第2章计算机控制系统的理论基础14
2.1连续系统数学模型的表示方法14
2.1.1控制系统数学模型及其类型14
2.1.2建立数学模型的方法15
2.1.3控制系统中基本环节的传递函数17
2.1.4控制系统的结构图及其等效变换18
2.1.5反馈控制系统的传递函数20
2.2连续信号的离散化21
2.2.1信号的采样与恢复21
2.2.2采样周期的选择22
2.3Z变换与反变换23
2.3.1Z变换的定义23
2.3.2Z变换方法23
2.3.3Z变换的基本定理25
2.3.4Z反变换27
2.4离散系统与差分方程28
2.4.1离散系统28
2.4.2差分方程29
2.4.3差分方程求解29
2.5离散系统的传递函数31
2.5.1Z传递函数的定义31
2.5.2Z传递函数的求法31
2.5.3开环Z传递函数32
2.5.4闭环Z传递函数33
2.6计算机控制系统的性能分析34
2.6.1计算机控制系统的稳定性分析34
2.6.2计算机控制系统的稳态误差分析37
2.6.3计算机控制系统的响应特性分析38
习题41
第3章常用数字控制技术43
3.1最少拍数字控制43
3.1.1最少拍数字控制系统的设计43
3.1.2最少拍无纹波控制系统的设计46
3.2模拟化设计方法47
3.2.1模拟设计的步骤47
3.2.2D(s)离散化成D(z)的方法48
3.3PID控制51
3.3.1模拟PID控制52
3.3.2数字PID控制52
3.3.3改进的数字PID控制54
3.3.4数字PID控制器的参数选定58
3.3.5数字PID控制器应用实例61
3.4纯滞后控制64
3.4.1史密斯(Smith)预估控制64
3.4.2大林(Dahllin)算法68
3.5串级控制73
3.5.1串级控制系统的结构和特点73
3.5.2串级控制算法75
3.5.3串级控制系统的设计75
3.6前馈-反馈控制76
3.6.1前馈-反馈控制的概念76
3.6.2前馈-反馈控制系统的原理和结构76
3.6.3数字前馈-反馈控制算法78
3.7解耦控制79
3.7.1耦合控制系统79
3.7.2解耦控制原理80
3.7.3数字解耦控制算法81
习题82
第4章优选控制技术83
4.1概述83
4.2模糊控制技术84
4.2.1模糊控制的数学基础85
4.2.2模糊控制原理87
4.2.3模糊控制器87
4.2.4模糊控制算法仿真93
4.2.5模糊控制算法应用实例96
4.3预测控制技术98
4.3.1预测模型99
4.3.2预测控制算法105
4.3.3预测控制算法仿真111
4.4神经网络控制技术112
4.4.1神经网络基础113
4.4.2神经网络控制118
4.4.3神经网络算法仿真121
习题124
第5章计算机控制系统的设计126
5.1设计原则与步骤126
5.1.1设计原则126
5.1.2设计步骤127
5.2控制主机129
5.2.1工业控制计算机130
5.2.2可编程序控制器132
5.3控制软件开发平台137
5.3.1工业组态软件137
5.3.2PLC软件开发环境140
5.4工业控制网络142
5.4.1控制网络的类型与特点142
5.4.2现场总线142
5.4.3工业以太网144
5.5系统数据预处理技术145
5.5.1采样数据的合理性判别与报警146
5.5.2数字滤波146
5.5.3数值变换148
5.6系统抗干扰与可靠性技术150
5.6.1干扰来源151
5.6.2硬件抗干扰技术151
5.6.3系统供电与接地技术152
5.6.4软件可靠性技术156
5.7硬件与软件的具体设计157
5.7.1硬件的具体设计157
5.7.2软件的具体设计160
习题163
第6章计算机控制系统的设计与应用实例164
6.1锅炉控制系统164
6.1.1锅炉工艺流程164
6.1.2锅炉控制对象分析165
6.1.3控制规律的选择166
6.1.4锅炉控制系统总体设计168
6.1.5系统硬件设计169
6.1.6检测装置和执行机构170
6.1.7系统软件设计170
6.2船舶可调螺距螺旋桨控制系统170
6.2.1调距桨及其控制方式171
6.2.2调距桨航速控制原理172
6.2.3调距桨控制系统结构172
6.2.4调距桨遥控系统总体设计173
6.2.5调距桨遥控系统硬件设计177
6.2.6系统软件设计181
6.3大型耙吸式挖泥船集成控制系统188
6.3.1耙吸式挖泥船集成控制系统概况188
6.3.2系统组成和功能188
6.3.3系统硬件设计192
6.3.4系统软件设计194
6.4船舶综合计算机控制系统198
6.4.1船舶自动化概述198
6.4.2船舶自动化典型产品介绍199
习题205
附录206
附录A常用Z变换表206
附录B典型模糊隶属度函数207
参考文献208