舰船机械计算机控制技术

本书较全面地介绍了计算机控制系统的基本理论和应用，主要包括：计算机控制系统理论基础与设计，单片机及其在舰船机械控制中的应用，可编程控制器及其在舰船机械控制中的应用，网络控制技术等内容。

   郭朝有，1976年出生，博士，专业轮机工程，现主要从事船舶动力自动化相关教学和科研，出版教材3部，专著1本，已发表论文30余篇，EI检索8篇。

第１ 章  绪论……………………………………………………………………………… １ １?? １  计算机控制系统概述…………………………………………………………… １ １?? １?? １  计算机控制系统的一般概念………………………………………………… ２ １?? １?? ２  计算机控制系统的组成……………………………………………………… ３ １?? １?? ３  计算机控制系统的分类……………………………………………………… ５ １?? １?? ４  计算机控制系统的特点……………………………………………………… ７ １?? ２  计算机控制系统发展概况与趋势……………………………………………… ８ １?? ２?? １  计算机控制系统发展概况…………………………………………………… ８ １?? ２?? ２  计算机控制系统的发展趋势………………………………………………… ９ 思考题及习题………………………………………………………………………… １０ 第２ 章  计算机控制理论基础…………………………………………………………… １１ ２?? １  信号的采样与保持…………………………………………………………… １１ ２?? １?? １  连续控制系统与计算机控制系统的区别…………………………………… １１ ２?? １?? ２  采样过程…………………………………………………………………… １２ ２?? １?? ３  信号保持…………………………………………………………………… １４ ２?? １?? ４  采样定理…………………………………………………………………… １５ ２?? ２  Ｚ 变换…………………………………………………………………………… １９ ２?? ２?? １  Ｚ 变换的定义……………………………………………………………… １９ ２?? ２?? ２  常用函数的Ｚ 变换………………………………………………………… ２０ ２?? ２?? ３  Ｚ 变换的性质……………………………………………………………… ２２ ２?? ２?? ４  Ｚ 反变换…………………………………………………………………… ２６ ２?? ３  计算机控制系统的数学描述………………………………………………… ２９ ２?? ３?? １  差分方程…………………………………………………………………… ２９ ２?? ３?? ２  脉冲传递函数……………………………………………………………… ３４ ２?? ４  计算机控制系统的分析……………………………………………………… ４０ ２?? ４?? １  计算机控制系统的稳定性分析……………………………………………… ４０ ２?? ４?? ２  计算机控制系统的稳态误差分析…………………………………………… ４５ ２?? ４?? ３  计算机控制系统的性能指标………………………………………………… ４７ 思考题及习题………………………………………………………………………… ４８ 第３ 章  计算机控制系统设计…………………………………………………………… ５１ ３?? １  计算机控制系统模拟化设计………………………………………………… ５１ ３?? １?? １  模拟控制器的离散化方法…………………………………………………… ５２ ３?? １?? ２  数字ＰＩＤ 控制……………………………………………………………… ５５ ３?? １?? ３  数字ＰＩＤ 控制算法的改进…………………………………………………… ６０ ３?? １?? ４  ＰＩＤ 控制参数的整定……………………………………………………… ６４ ３?? ２  基于离散化的设计方法……………………………………………………… ６７ ３?? ２?? １  最少拍计算机控制系统的设计……………………………………………… ６８ ３?? ２?? ２  任意广义对象的最少拍控制器设计………………………………………… ７３ ３?? ２?? ３  无波纹最少拍计算机控制系统的设计……………………………………… ７５ ３?? ３  计算机控制常用算法………………………………………………………… ７８ ３?? ３?? １  大林算法…………………………………………………………………… ７８ ３?? ３?? ２  多回路串级控制…………………………………………………………… ８１ ３?? ３?? ３  预测控制…………………………………………………………………… ８４ 思考题及习题………………………………………………………………………… ９１ 第４ 章  单片机及其在舰船机械控制中的应用………………………………………… ９３ ４?? １  单片机概述…………………………………………………………………… ９３ ４?? １?? １  单片机的发展……………………………………………………………… ９３ ４?? １?? ２  单片机的特点……………………………………………………………… ９４ ４?? １?? ３  单片机的应用……………………………………………………………… ９４ ４?? １?? ４  ＭＣＳ－５１ 系列单片机………………………………………………………… ９５ ４?? １?? ５  单片机应用系统开发流程…………………………………………………… ９６ ４?? ２  ＭＣＳ－５１ 系列单片机结构与原理……………………………………………… ９７ ４?? ２?? １  ＭＣＳ－５１ 单片机的组成与结构……………………………………………… ９７ ４?? ２?? ２  ＭＣＳ－５１ 单片机的引脚……………………………………………………… ９８ ４?? ２?? ３  ＭＣＳ－５１ 单片机存储器配置………………………………………………… １００ ４?? ２?? ４  ＭＣＳ－５１ 单片机时钟电路与时序…………………………………………… １０３ ４?? ２?? ５  ＭＣＳ－５１ 单片机复位电路………………………………………………… １０４ ４?? ３  单片机编程基础……………………………………………………………… １０６ ４?? ３?? １  Ｃ５１ 程序概述……………………………………………………………… １０６ ４?? ３?? ２  Ｃ５１ 的数据类型与存储类型……………………………………………… １０９ ４?? ３?? ３  Ｃ５１ 变量与常量…………………………………………………………… １１３ ４?? ３?? ４  Ｃ５１ 常用库函数…………………………………………………………… １１５ ４?? ４  单片机的定时／计数器……………………………………………………… １１８ ４?? ４?? １  ＭＣＳ－５１ 单片机定时／计数器的结构………………………………………… １１８ ４?? ４?? ２  ＭＣＳ－５１ 单片机定时／计数器工作方式……………………………………… １２０ ４?? ４?? ３  单片机定时／计数应用…………………………………………………… １２２ ４?? ５  单片机中断…………………………………………………………………… １２３ ４?? ５?? １  中断的概念……………………………………………………………… １２３ ４?? ５?? ２  中断系统结构……………………………………………………………… １２４ ４?? ５?? ３  中断的控制……………………………………………………………… １２６ ４?? ５?? ４  中断响应………………………………………………………………… １２７ ４?? ５?? ５  中断编程实例……………………………………………………………… １２９ ４?? ６  单片机串行通信技术………………………………………………………… １３０ ４?? ６?? １  计算机通信的基本概念…………………………………………………… １３０ ４?? ６?? ２  ＭＣＳ－５１ 单片机串行接口………………………………………………… １３２ ４?? ６?? ３  ＭＣＳ－５１ 单片机串行口应用范例…………………………………………… １３６ ４?? ７  基于单片机的舰船机械监控装置…………………………………………… １３８ ４?? ７?? １  舰船轴功率测量装置……………………………………………………… １３８ ４?? ７?? ２  舰船柴油机相继增压控制装置…………………………………………… １４０ ·Ⅱ· 舰船机械计算机控制技术 ４?? ８  单片机控制系统综合设计…………………………………………………… １４０ ４?? ８?? １  总体设计………………………………………………………………… １４１ ４?? ８?? ２  硬件电路设计……………………………………………………………… １４１ ４?? ８?? ３  软件设计………………………………………………………………… １４４ ４?? ８?? ４  设计总结及功能扩展……………………………………………………… １６６ 思考题及习题……………………………………………………………………… １６７ 第５ 章  可编程控制器及其在舰船机械控制中的应用……………………………… １６９ ５?? １  ＰＬＣ 概述……………………………………………………………………… １６９ ５?? １?? １  ＰＬＣ 的基本概念…………………………………………………………… １６９ ５?? １?? ２  可编程控制器的特点……………………………………………………… １６９ ５?? １?? ３  可编程控制器的应用……………………………………………………… １７０ ５?? ２  ＰＬＣ 的组成与工作原理……………………………………………………… １７１ ５?? ２?? １  ＰＬＣ 的结构类型…………………………………………………………… １７１ ５?? ２?? ２  ＣＰＵ 模块………………………………………………………………… １７２ ５?? ２?? ３  ＰＬＣ 的扩展模块…………………………………………………………… １７４ ５?? ２?? ４  ＰＬＣ 的工作原理…………………………………………………………… １７７ ５?? ２?? ５  Ｉ／ Ｏ 模块地址分配………………………………………………………… １８０ ５?? ３  ＰＬＣ 程序设计基础…………………………………………………………… １８１ ５?? ３?? １  ＰＬＣ 的编程语言与程序结构……………………………………………… １８１ ５?? ３?? ２  存储器的数据类型与寻址方式…………………………………………… １８３ ５?? ３?? ３  Ｓ７－２００ ＰＬＣ 的程序开发环境与开发过程…………………………………… １８８ ５?? ４  Ｓ７－２００ ＰＬＣ 的指令系统…………………………………………………… １９１ ５?? ４?? １  位操作类指令……………………………………………………………… １９１ ５?? ４?? ２  定时器指令……………………………………………………………… １９６ ５?? ４?? ３  计数器指令……………………………………………………………… １９９ ５?? ４?? ４  数据处理指令……………………………………………………………… ２０１ ５?? ４?? ５  移位操作指令……………………………………………………………… ２０３ ５?? ４?? ６  数据转换指令……………………………………………………………… ２０５ ５?? ４?? ７  数据运算指令……………………………………………………………… ２０９ ５?? ４?? ８  表功能指令……………………………………………………………… ２１４ ５?? ４?? ９  程序控制类指令…………………………………………………………… ２１５ ５?? ４?? １０  时钟指令………………………………………………………………… ２１８ ５?? ４?? １１  中断指令………………………………………………………………… ２１９ ５?? ４?? １２  高速计数器与高速脉冲输出指令………………………………………… ２２２ ５?? ４?? １３  ＰＩＤ 指令………………………………………………………………… ２３０ ５?? ５  ＰＬＣ 程序设计方法…………………………………………………………… ２３２ ５?? ５?? １  梯形图的经验设计法……………………………………………………… ２３２ ５?? ５?? ２  顺序控制设计法…………………………………………………………… ２３７ ５?? ６  基于ＰＬＣ 的舰船机械装置控制……………………………………………… ２４３ ５?? ６?? １  变频恒压供水装置………………………………………………………… ２４３ ５?? ６?? ２  调距桨装置……………………………………………………………… ２４６ 思考题及习题……………………………………………………………………… ２４７ 目    录·Ⅲ· 第６ 章  控制网络技术………………………………………………………………… ２４８ ６?? １  控制网络概述………………………………………………………………… ２４８ ６?? １?? １  网络拓扑结构……………………………………………………………… ２５１ ６?? １?? ２  介质访问控制技术………………………………………………………… ２５２ ６?? １?? ３  差错控制技术……………………………………………………………… ２５４ ６?? １?? ４  网络协议及其层次结构…………………………………………………… ２５５ ６?? ２  现场总线ＣＡＮ ……………………………………………………………… ２５５ ６?? ２?? １  ＣＡＮ 的通信模型…………………………………………………………… ２５６ ６?? ２?? ２  ＣＡＮ 的报文及结构………………………………………………………… ２５７ ６?? ２?? ３  错误类型与界定…………………………………………………………… ２６２ ６?? ２?? ４  位定时与同步要求………………………………………………………… ２６３ ６?? ２?? ５  ＣＡＮ 总线系统位数值表示与通信距离……………………………………… ２６５ ６?? ３  ＣＡＮ 总线及其在舰船控制中的应用………………………………………… ２６６ ６?? ３?? １  舰船控制常用ＣＡＮ 总线器件……………………………………………… ２６６ ６?? ３?? ２  舰船控制典型ＣＡＮ 总线节点设计………………………………………… ２７２ ６?? ４  工业以太网…………………………………………………………………… ２７６ ６?? ４?? １  工业以太网概述…………………………………………………………… ２７６ ６?? ４?? ２  工业以太网体系结构……………………………………………………… ２７９ ６?? ４?? ３  工业以太网基本特性……………………………………………………… ２９３ ６?? ５  舰船综合平台管理系统……………………………………………………… ２９８ ６?? ５?? １  系统功能与组成…………………………………………………………… ２９８ ６?? ５?? ２  系统网络组成……………………………………………………………… ２９９ ６?? ５?? ３  工作原理………………………………………………………………… ２９９ 思考题及习题……………………………………………………………………… ３０１ 附录Ａ  ＭＣＳ－５１ 指令表……………………………………………………………… ３０２ 附录Ｂ  西门子ＰＬＣ 常用指令………………………………………………………… ３０７ 参考文献………………………………………………………………………………… ３１１