本书全面介绍了计算机控制技术的概况、过程输入及输出通道、数字PID控制算法、数字控制器的设计、工业控制计算机、网络集成式分散控制系统、计算机控制系统的设计。
本书编写力求反映应用型本科的要求和工科专业的教学特点,内容力求由浅入深、循序渐进、通俗易懂、基本概念和基本知识的解释准确清晰、计算机控制技术的说明简明扼要,**介绍了计算机控制系统的组成、数字PID控制算法及数字控制器的设计,注重将计算机的硬件和软件设计有机地结合起来,并且特别注意以形象直观的形式来配合文字表述,**突出,以帮助读者掌握计算机控制技术的主要内容。
本书可适应不同层次的读者选用,即可用于高等学校工科本科教材,也适用于各类工程技术人员参考、阅读。

1 计算机控制系统概述
随着计算机的普遍应用及计算机技术的发展,人们越来越多地用计算机来实现控制系统。近几年来,计算机技术、自动控制技术、检测与传感技术、CRT显示技术、通信与网络技术、微电子技术等学科的相互融合与高速发展,促进了计算机控制技术水平的迅速提高。
本章主要介绍计算机控制系统的概念及其组成、工业控制中的计算机的典型应用、计算机控制系统的发展概况和趋势。
1.1 计算机控制系统的概念
近年来,计算机技术应用在自动控制领域越来越普遍,它已经成为自动控制技术不可分割的重要组成部分,并为自动控制技术的发展和应用开辟了广阔的新天地。因此,出现了计算机控制系统,也就是利用计算机来实现生产过程自动控制的系统。
在自动控制中,典型的闭环控制系统如图1.1所示。
控制器首先接收给定信号,然后向执行机构发出控制信号驱动执行机构工作;测量元件对被控对象的被控参数(如温度、压力、流量、转速、位移等)进行测量;变换发送单元将被测参数变成电压或电流信号,反馈给控制器;控制器将反馈信号与给定信号进行比较,如有偏差,控制器就产生新的控制信号,修正执行机构的动作,使得被控参数的值达到预定的要求。
如果把图1.1中的控制器用计算机来代替,就可以构成计算机控制系统,其基本框图如图1.2所示。计算机控制系统是由工业控制计算机和工业对象两大部分组成。
在控制系统中引进计算机,可以充分利用计算机的运算、逻辑判断和记忆等功能。工业控制过程中的被测参数经过传感器、变送器,转换成统一的标准信号,送到A/D转换器进行模拟量/数字量的转换,转换后的数字量通过接口送入计算机;
……

1 计算机控制系统概述
1.1 计算机控制系统的概念
1.2 计算机控制系统的组成
1.2.1 硬件组成
1.2.2 软件组成
1.3 计算机在工��控制中的典型应用
1.4 计算机控制系统举例
1.5 计算机控制系统的发展概况及趋势
1.5.1 计算机控制系统的发展概况
1.5.2 计算机控制系统的发展趋势
思考题与习题1
2 过程输入/输出通道
2.1 信号的采样和多路开关
2.1.1 采样定理
2.1.2 采样、量化与编码
2.1.3 多路开关
2.2 模拟量输入通道
2.3 模拟量输出通道
2.3.1 模拟量输出通道的两种基本结构形式
2.3.2 D/A转换器及接口
2.4 数字量输入/输出通道
2.4.1 数字量输入/输出通道的一般结构
2.4.2 数字量输入通道
2.4.3 数字量输出通道
2.5 过程通道的抗干扰措施
2.5.1 干扰信号的分类
2.5.2 干扰的**
2.6 数字滤波技术
2.6.1 程序判断滤波
2.6.2 中值滤波
2.6.3 算术平均值滤波
2.6.4 加权平均值滤波
2.6.5 滑动平均值滤波
2.6.6 RC低通数字滤波
2.6.7 复合数字滤波
2.6.8 各种数字滤波性能的比较
思考题与习题2
3 数字PID控制算法
3.1 标准的PID算法
3.1.1 位置型PID控制算式
3.1.2 增量型PID控制算式
3.1.3 位置型PID算式的递推算式(偏差系数控制算式)
3.2 改进的PID算法
3.2.1 **积分饱和的PID算法
3.2.2 带有死区的PID算式
3.2.3 不完全微分的PID算式
3.2.4 微分先行PID控制
3.2.4 时间*优PID控制
3.2.5 PID比率控制
3.3 数字PID算法应用中的问题
3.3.1 数字PlD算法实施中的几个问题
3.3.2 数字PID调节中的几个实际问题
3.4 PID参数整定方法
3.4.1 采样周期T的选择
3.4.2 凑试法整定PID控制器参数
3.4.3 扩充临界比例度法
3.4.4 扩充响应曲线法
3.4.5 归一参数整定法
3.4.6 优选法
3.5 PID算法仿真实例
3.5.1 仿真模型的结构
3.5.2 控制算法仿真的实现方法
思考题与习题3
4 常用数字控制器的设计
4.1 概述
4.2 *少拍随动系统的设计
4.2.1 *少拍系统的设计
4.2.2 *少拍系统的局限性
4.3 *少拍无纹波系统的设计
4.4 非*少的有限拍控制
4.5 惯性因子法
4.6 大林(Dahlin)算法
4.7 数字控制器在控制系统中的实现方法
4.7.1 直接程序设计法
4.7.2 串行程序设计法
4.7.3 并行程序设计法
4.7.4 数字控制器的设计
思考题与习题4
5 复杂数字控制器设计
5.1 纯滞后系统的Smith控制算法
5.1.1 Smith预估器的工作原理
5.1.2 Smith预估器的数字实现
5.1.3 数字Smith预估控制系统
5.2 串级控制算法
5.2.1 串级控制工作原理
5.2.2 串级控制的实现
5.2.3 控制系统中副回路的设计
5.2.4 控制系统调节器的选型和参数整定
5.3 比值控制
5.3.1 单闭环比值控制
5.3.2 双闭环比值控制
5.3.3 变比值控制
5.4 前馈控制
5.4.1 前馈控制的原理
5.4.2 完全补偿的条件
5.4.3 前馈一反馈控制
5.5 动态矩阵控制算法
5.5.1 DMC的基本原理
5.5.2 动态矩阵控制系统设计参数的选择
思考题与习题5
6 工业控制计算机
6.1 工业控制计算机的特点及要求
6.2 单片微型计算机
6.3 可编程序控制器
6.4 总线工控机
思考题与习题6
7 网络集成式分散控制系统
7.1 数据通信与工业网
7.1.1 数据通信技术
7.1.2 网络拓扑结构
7.1.3 网络通信协议
7.2 集散控制系统
7.2.1 集散控制系统的特点
7.2.2 集散控制系统发展过程及典型产品
7.2.3 集散控制系统的功能层次结构
7.2.4 集散控制系统的发展趋势
7.3 现场总线控制系统
7.3.1 现场总线的体系结构
7.3.2 现场总线的特点与优势
7.3.3 现场总线通信协议
7.3.4 几种典型的现场总线
7.3.5 现场总线控制系统
7.3.5 现场总线的发展
思考题与习题7
8 计算机控制系统的设计
8.1 计算机控制系统的设计原则
8.2 计算机控制系统的设计过程
8.3 微型计算机控制的自动装箱系统
8.3.1 自动装箱控制系统的原理
8.3.2 控制系统硬件设计
8.3.3 控制系统软件设计
8.4 单片机控制的温度控制系统
8.4.1 温度控制系统的组成
8.4.2 温度控制系统的硬件设计
8.4.3 数字控制器的数学模型
8.4.4 温度控制系统软件设计
8.4.5 手动后援问题
思考题与习题8
附录1 采样系统的Z变换
附录2 采样系统的极点与稳定性和动态响应的关系
附录3 部分函数的Z变换、拉氏变换表
参考文献