计算机控制技术 [方红 编著] 2014年版

计算机控制技术 
作　者：方红，等著 
出版时间：2014 
丛编项：普通高等教育“十二五”规划教材·电气工程、自动化专业规划教材 
内容简介 
　　本书较系统、全面地介绍了微型计算机控制系统的理论与各种应用技术。本书兼顾基础性、实用性和先进性，注重工程应用。全书共分8章，主要内容有：微型计算机控制系统概述、过程输入/输出通道、计算机控制系统的理论基础、数字PID控制器、直接数字控制器、模糊控制、伺服装置与数字控制系统、控制网络技术及现场总线、微型计算机控制系统设计方法及实例等。各章都有小结并附有相应的思考与练习，书的最后还附有3个课程设计实例供选用。 
目录 
第1章 绪论1 
1．1 计算机控制系统概述2 
1．1．1 微机控制系统的特征2 
1．1．2 微机控制系统硬件组成5 
1．1．3 微机控制系统软件7 
1．2 计算机控制系统的典型形式8 
1．2．1 操作指导控制系统8 
1．2．2 直接式数字控制系统8 
1．2．3 监督式计算机控制系统9 
1．2．4 集散计算机控制系统9 
1．2．5 现场总线控制系统10 
1．3 计算机控制系统的发展概况 
及趋势11 
本章小结12 
思考与练习13 
第2章 输入/输出接口与过程通道14 
2．1 过程输入/输出通道概述14 
2．1．1 过程输入/输出通道的类型 
及功能14 
2．1．2 过程输入/输出通道与CPU交换 
的信息类型14 
2．1．3 过程通道的编址方式15 
2．2 模拟量输入通道15 
2．2．1 模拟量输入通道的结构15 
2．2．2 信号调理15 
2．2．3 多路转换器16 
2．2．4 采样保持器18 
2．2．5 A/D转换器20 
2．2．6 8位A/D转换芯片ADC080922 
2．2．7 12位A/D转换器AD57425 
2．3 模拟量输出通道28 
2．3．1 模拟量输出逻辑的结构29 
2．3．2 D/A转换器29 
2．3．3 0832 D/A转换器芯片及其接口 
电路31 
2．3．4 12位D/A转换器DAC1210 
芯片35 
2．3．5 模拟量输出通道的设计35 
2．4 开关量输入逻辑37 
2．4．1 开关量输入逻辑的结构37 
2．4．2 过程开关量形式及变换37 
2．4．3 开关量输入逻辑接口技术41 
2．5 开关量输出通道41 
2．5．1 开关量输出逻辑的结构41 
2．5．2 开关量输出逻辑的接口技术42 
2．5．3 典型功率驱动电路42 
本章小结43 
思考与练习44 
第3章 计算机控制基础理论45 
3．1 计算机控制系统的信号变换理论45 
3．1．1 计算机控制系统的信号形式45 
3．1．2 信号的采样、量化、恢复及 
保持46 
3．2 计算机控制系统的数学描述49 
3．2．1 z变换与z反变换49 
3．2．2 线性定常离散系统的差分方程 
及其求解57 
3．2．3 计算机控制系统的脉冲传递 
函数58 
3．2．4 开环和闭环脉冲传递函数58 
3．3 离散控制系统的特性分析63 
3．3．1 S平面到Z平面的映射63 
3．3．2 离散控制系统的稳定的充要 
条件64 
3．3．3 线性离散系统的稳定判据64 
3．3．4 离散控制系统的过渡过程分析67 
3．3．5 离散控制系统的稳态误差分析70 
3．4 离散控制系统的根轨迹设计法74 
3．5 离散控制系统的频域设计法78 
本章小结80 
思考与练习80 
第4章 计算机控制系统的常规控制策略82 
4．1 PID算法的数字实现82 
4．1．1 PID控制规律及其调节作用83 
4．1．2 PID算法的数字实现86 
4．1．3 几种改进的PID控制算法89 
4．1．4 PID控制器的参数整定95 
4．2 最少拍无差随动系统的设计99 
4．2．1 典型输入下理想最少拍无差 
系统的设计101 
4．2．2 最少拍控制器的物理可实现性 
和稳定性要求103 
4．2．3 最少拍有纹波控制器的设计104 
4．2．4 最少拍无差控制器的局限性108 
4．3 最少拍无纹波随动系统的设计110 
4．4 纯滞后对象的控制算法――大林 
算法116 
4．4．1 大林算法的设计原则及数字 
控制器的形式116 
4．4．2 振铃现象的产生及其消除117 
4．4．3 大林算法的设计步骤121 
4．5 纯滞后对象的控制算法――施密斯 
（Smith）预估控制122 
4．5．1 Smith预估器原理122 
4．5．2 Smith补偿器的计算机实现124 
本章小结126 
思考与练习127 
第5章 运动伺服的数字控制系统128 
5．1 运动伺服控制系统的基本组成 
结构128 
5．2 运动伺服控制系统中的位置 
检测器件130 
5．2．1 位置检测器件的要求和种类130 
5．2．2 光电脉冲编码器131 
5．2．3 感应同步器132 
5．2．4 旋转变压器133 
5．3 直流电机伺服控制系统136 
5．3．1 直流电机的基本结构和工作 
原理136 
5．3．2 直流电机的调速方法138 
5．3．3 调速系统性能指标139 
5．4 步进电机控制系统141 
5．4．1 步进电机的基本结构和工作 
原理141 
5．4．2 步进电动机的基本参数142 
5．4．3 步进电机的控制方法143 
5．5 交流电机控制系统145 
5．5．1 三相永磁同步电机的基本结构、 
工作原理与数学模型145 
5．5．2 矢量控制的基本原理148 
5．5．3 交流电机的矢量控制系统149 
本章小结150 
思考与练习150 
第6章 计算机控制系统的新型控制 
策略151 
6．1 智能控制研究现状、主要特点 
及其基本应用151 
6．2 模糊控制154 
6．2．1 模糊控制理论基础154 
6．2．2 模糊控制系统的原理与设计 
过程162 
6．2．3 模糊控制在温控系统中 
的应用164 
6．3 神经控制169 
6．3．1 神经网络系统模型169 
6．3．2 BP网络172 
6．3．3 神经网络控制的结构175 
6．4 遗传算法179 
6．4．1 遗传算法基础理论179 
6．4．2 遗传算法的改进策略180 
6．5 专家控制182 
6．5．1 专家系统基本概念182 
6．5．2 家系统的原理和结构183 
6．5．3 专家控制系统的建立步骤 
与设计原则185 
6．6 其他先进控制技术187 
6．6．1 自适应控制187 
6．6．2 鲁棒控制189 
6．6．3 预测控制190 
6．6．4 量子控制192 
本章小结194 
思考与练习195 
第7章 控制网络技术及现场总线196 
7．1 控制网络技术概述196 
7．1．1 企业网络的层次模型196 
7．1．2 控制网络与信息网络的区别197 
7．1．3 控制网络的类型198 
7．2 计算机网络198 
7．2．1 计算机网络的发展198 
7．2．2 计算机网络的功能与分类199 
7．2．3 计算机网络体系结构202 
7．3 现场总线控制系统技术203 
7．3．1 现场总线概述204 
7．3．2 现场总线标准205 
7．3．3 典型现场总线简介207 
7．3．4 CAN总线209 
7．4 计算机控制系统总线简介218 
7．4．1 总线的概念及分类218 
7．4．2 并行总线218 
7．4．3 串行总线221 
 
 
 
 
 
7．5 工业控制组态软件技术226 
7．5．1 组态的概念226 
7．5．2 流行的工控组态软件227 
本章小结229 
思考与练习230 
第8章 计算机控制系统的设计与实现231 
8．1 计算机控制系统的设计原则 
与步骤231 
8．1．1 系统设计原则231 
8．1．2 系统设计步骤233 
8．2 系统的工程设计与实现235 
8．2．1 系统总体方案设计235 
8．2．2 硬件的工程设计与实现236 
8．2．3 软件的工程设计与实现237 
8．2．4 系统的调试与运行238 
8．3 计算机控制系统可靠性设计238 
8．3．1 干扰的形成与分类239 
8．3．2 硬件抗干扰技术240 
8．3．3 软件抗干扰技术242 
8．4 计算机控制系统设计实例245 
8．4．1 单回路电阻炉温度控制系统245 
8．4．2 污水处理控制系统253 
本章小结257 
思考与练习257 
附录A 课程设计实例258 
参考文献264