计算机控制技术

本书为自动化及电气工程等相关专业的专业课教材。主要涉及计算机控制系统的组成、分析和设计方法，以计算机控制技术为核心，综合可编程控制技术、单片机技术、计算机网络技术，以生产过程的自动化及机电控制系统的很优化为研究重点，同时提供应用实例。

付华，辽宁工程大学教授。中国煤炭工业信息与自动化专业委员会委员，辽宁省仪器学科教学指导委员会委员。主持完成国家863项目、国家自然科学基金项目、教育部博士点基金、博士后基金、辽宁省科技攻关项目、辽宁省重大科技项目、省创新团队项目、很好人才项目等40余项，主持完辽宁省教改项目、省十一五、十二五教学科研项目多项。

第1章计算机控制系统概述（1）
1.1计算机控制系统的特征与组成（1）
1.1.1计算机控制系统的特征与工作原理（1）
1.1.2计算机控制系统的工作原理（4）
1.1.3计算机控制系统的硬件组成（5）
1.1.4计算机控制系统软件（6）
1.2计算机控制系统的分类（7）
1.2.1操作指导控制系统（7）
1.2.2直接数字控制系统（7）
1.2.3监督计算机控制系统（8）
1.2.4集散控制系统（9）
1.2.5现场总线控制系统（9）
1.2.6计算机集成制造系统（10）
1.2.7物联网控制系统（11）
1.3计算机控制的发展状况与发展趋势（12）
1.3.1计算机控制系统的发展过程（12）
1.3.2计算机控制理论的发展概况（13）
1.3.3计算机控制系统的发展趋势（16）
1.4人工智能的发展（17）
1.5德国工业4.0与中国制造2025（18）
习题（19）
第2章计算机控制系统的硬件设计技术（20）
2.1计算机控制系统常用主机（21）
2.1.1工业控制计算机（IPC）（21）
2.1.2可编程控制器（PLC）（34）
2.1.3嵌入式系统（37）
2.2数字量输入/输出通道（41）
2.2.1数字量输入/输出接口技术（41）
2.2.2数字量输入通道（DI）（42）
2.2.3数字量输出通道（DO）（43）
2.2.4数字量输入/输出通道设计（43）
2.3模拟量输入通道（45）
2.3.1模拟量输入通道的组成（45）
2.3.2信号调理和I/V变换（45）
2.3.3多路转换器（47）
2.3.4前置放大器（48）
2.3.5采样保持器（49）
2.3.6常用A/D转换器（50）
2.3.7A/D转换器接口设计（51）
2.3.8模拟量输入通道设计（53）
2.4模拟量输出通道（55）
2.4.1模拟量输出通道的结构形式（55）
2.4.2常用的D/A转换器（56）
2.4.3D/A转换器接口电路（58）
2.4.4D/A转换器的输出形式（61）
2.4.5V/I变换（61）
2.4.6模拟量输出通道设计（62）
2.5计算机控制系统硬件抗干扰技术（64）
2.5.1硬件抗干扰技术分析（64）
2.5.2过程通道抗干扰技术分析（66）
2.5.3主机抗干扰技术（70）
2.5.4供电技术与接地技术（71）
2.6工业控制网络技术简介（73）
2.6.1集散控制系统（DCS）（73）
2.6.2DCS的层次结构（73）
2.6.3现场总线控制系统（FCS）（74）
2.6.4工业以太网（75）
习题（75）
第3章计算机控制系统的分析（77）
3.1离散系统的稳定性分析（77）
3.1.1s平面与z平面的关系（78）
3.1.2离散系统输出响应的一般关系式（80）
3.1.3Routh稳定性准则在离散系统中的应用（81）
3.1.4基于MATLAB的系统稳定性分析（82）
3.2离散系统的过渡响应分析（84）
3.3离散系统的稳态准确度分析（90）
3.3.1离散系统的稳态误差（90）
3.3.2典型信号r(k)作用下系统的稳态误差（91）
3.3.3干扰作用下的离散稳态误差（93）
3.3.4采样周期对稳态误差的影响（93）
3.4离散系统的输出响应（96）
3.4.1离散系统在采样点间的响应（96）
3.4.2被控对象含延时的输出响应（97）
3.5离散系统的根轨迹分析法（99）
3.6离散系统的频域分析法（101）
习题（103）
第4章数字控制技术（106）
4.1数字控制系统（106）
4.1.1数字控制系统的组成（106）
4.1.2数字控制原理（107）
4.1.3数字控制系统的分类（108）
4.1.4伺服控制系统（109）
4.2逐点比较法插补原理（110）
4.2.1逐点比较法直线插补（111）
4.2.2逐点比较法圆弧插补（114）
4.3步进电动机伺服控制技术（116）
4.3.1步进伺服系统的构成（116）
4.3.2步进电动机的工作原理（117）
4.3.3步进电动机的工作方式（118）
4.3.4步进电动机IPC工控机控制技术（119）
4.3.5步进电动机单片机控制技术（121）
4.4直流伺服电动机伺服控制技术（123）
4.4.1直流伺服电动机的工作原理（123）
4.4.2直流伺服电动机的驱动与控制（124）
习题（127）
第5章常规及复杂控制技术（128）
5.1数字控制器的模拟化设计（129）
5.1.1数字控制器的模拟化设计步骤（129）
5.1.2数字PID控制器（132）
5.1.3数字PID控制器的改进（135）
5.1.4数字PID控制参数的整定（139）
5.2数字控制器的离散化设计（143）
5.2.1数字控制器的离散化设计步骤（143）
5.2.2最少拍控制器的设计（144）
5.2.3最少拍有纹波控制器的设计（148）
5.2.4最少拍无纹波控制器的设计（149）
5.3纯滞后控制技术（151）
5.3.1达林算法（151）
5.3.2振铃现象的消除（154）
5.3.3SMITH预估控制（155）
5.4串级控制（157）
5.4.1串级控制的结构和原理（157）
5.4.2数字串级控制算法（158）
5.5前馈-反馈控制（159）
5.5.1前馈-反馈复合控制系统的结构（159）
5.5.2前馈-反馈控制算法（160）
5.6采用状态空间的输出反馈设计法（161）
5.6.1连续状态方程的离散化（162）
5.6.2最少拍无纹波系统的跟踪条件（162）
5.6.3输出反馈设计法的设计步骤（163）
5.7采用状态空间的极点配置设计法（165）
5.8按极点配置设计（165）
5.8.1按极点配置设计控制规律（165）
5.8.2按极点配置设计状态观测器（166）
5.8.3按极点配置设计控制器（168）
5.8.4跟踪系统设计（169）
习题（170）
第6章优选控制技术（171）
6.1模糊控制技术（171）
6.1.1模糊控制的数学基础（172）
6.1.2模糊控制基础理论（176）
6.1.3模糊控制的基本原理（179）
6.1.4模糊控制器的设计（182）
6.2神经网络控制技术（185）
6.2.1神经网络的基本原理和结构（185）
6.2.2神经网络控制（185）
习题（187）
第7章计算机控制系统软件设计技术（188）
7.1软件设计技术（188）
7.1.1软件设计的方法（189）
7.1.2计算机控制系统软件设计（191）
7.1.3监控组态软件（193）
7.2测量数据预处理技术（196）
7.2.1系统误差的自动校准（196）
7.2.2线性化处理（197）
7.2.3标度变换（199）
7.2.4插值算法（201）
7.2.5越限报警处理（203）
7.3软件抗干扰技术（203）
7.3.1数字滤波技术（204）
7.3.2输入/输出数字量的软件抗干扰技术（208）
7.3.3指令冗余技术（208）
7.3.4软件陷阱技术（209）
7.4数字PID控制器的工程实现（209）
7.4.1给定值处理（209）
7.4.2被控量处理（210）
7.4.3偏差处理（211）
7.4.4控制算法的实现（212）
7.4.5控制量处理（212）
7.4.6自动/手动切换（213）
习题（214）
第8章计算机控制系统的设计与实现（216）
8.1系统设计的原则与步骤（216）
8.1.1系统设计的原则（216）
8.1.2系统设计的步骤（217）
8.2系统的工程设计与实现（219）
8.2.1总体方案设计（219）
8.2.2硬件的工程设计和实现（220）
8.2.3软件的工程设计和实现（221）
8.2.4系统的运行调试（222）
8.3电热油炉温度单片机控制系统的设计（223）
8.3.1控制任务与工艺要求（223）
8.3.2硬件系统详细设计（224）
8.3.3PID算法及参数整定（226）
8.3.4软件设计（226）
习题（233）
参考文献（234）