計算機控制技術（簡體書）

《計算機控制技術》理論聯系實際，全面、系統地介紹了計算機控制系統的理論和設計方法。全書共分8章，主要內容有計算機控制系統的組成、分類和發展趨勢，輸入／輸出過程通道與接口技術，計算機控制基礎理論，計算機控制系統的常規控制策略，伺服裝置與數字控制系統，計算機控制系統的新型控制策略，控制網絡技術與現場總線，計算機控制系統的設計與實現。在各章後均給出了相應的思考與練習題，書末附有結合課程重點內容的五個課程設計實例。本教材配有多媒體課件，可供選擇該教材的教師在教學時使用，也可供學生課下學習、參閱。
《計算機控制技術》可作為高等院校自動化、電氣工程、計算機應用和機電一體化等專業的教材，也可供有關教師、科研人員及工程技術人員學習、參考。

《計算機控制技術》是普通高等教育“十二五”規劃電氣信息類系列教材之一。

1 緒論
1.1 計算機控制系統概況
1.1.1 計算機控制系統的一般概念
1.1.2 計算機控制系統的特點
1.1.3 計算機控制系統的性能指標
1.2 計算機控制系統的組成和分類
1.2.1 計算機控制系統的組成
1.2.2 計算機控制系統的分類
1.3 計算機控制系統的發展概況及趨勢
1.3.1 計算機控制系統的發展概況
1.3.2 計算機控制系統的發展趨勢
本章小結
思考與練習

2 輸入／輸出過程通道與接口技術
2.1 模擬量輸出通道
2.1.1 模擬量輸出通道的結構形式
2.1.2 D／A轉換器原理及器件
2.1.3 D／A轉換器接口技術
2.1.4 D／A轉換模板的標準化設計
2.2 模擬量輸入通道
2.2.1 模擬量輸入通道的結構形式
2.2.2 A／D轉換器原理及器件
2.2.3 A／D轉換器接口技術
2.2.4 A／D轉換模板的標準化設計
2.3 數字量輸入／輸出通道
2.3.1 數字量輸入／輸出通道的一般結構
2.3.2 數字量輸入通道
2.3.3 數字量輸出通道
2.4 人機接口技術
2.4.1 鍵盤接口技術
2.4.2 顯示器接口技術
本章小結
思考與練習

3 計算機控制基礎理論
3.1 計算機控制系統的信號變換理論
3.1.1 計算機控制系統的信號形式
3.1.2 信號的采樣、量化、恢復及保持
3.2 計算機控制系統的數學描述
3.2.1 z變換與z反變換
3.2.2 線性定常離散系統的差分方程及其求解
3.2.3 計算機控制系統的脈沖傳遞函數
3.2.4 s平面到z平面的映射
3.3 連續系統的離散化方法及特點
3.4 離散控制系統的特性分析
3.4.1 離散控制系統的穩定性分析
3.4.2 離散控制系統的過渡過程分析
3.4.3 離散控制系統的穩態誤差分析
3.4.4 線性定常離散控制系統的可控性、可觀性和可達性
3.5 離散控制系統的根軌跡設計法和頻域設計法
3.5.1 z平面根軌跡設計法
3.5.2 頻域設計法
本章小結
思考與練習

4 計算機控制系統的常規控制策略
4.1 數字PID控制算法
4.1.1 PID控制規律及其調節作用
4.1.2 標準數字PID控制算法
4.1.3 數字PID控制算法的改進
4.1.4 數字PID參數的整定
4.2 數字控制器的直接設計方法
4.2.1 最少拍控制系統的設計
4.2.2 最少拍無紋波系統的設計
4.2.3 關于最少拍系統的討論
4.3 純滯後對象的控制算法
4.3.1 達林算法
4.3.2 Smith預估算法
本章小結
思考與練習

5 伺服裝置與數字控制系統
5.1 步進開環驅動裝置
5.1.1 步進電動機的工作原理
5.1.2 步進電動機供電方式
5.1.3 步進電動機數字驅動技術
5.1.4 步進電動機的一些基本參數及術語
5.2 交流伺服閉環執行機構
5.2.1 高性能三相永磁同步伺服電動機
5.2.2 位置環
5.2.3 光電編碼器
5.2.4 矢量控制
5.2.5 多功能微機控制
5.3 數字程序控制技術
5.3.1 數字程序控制原理
5.3.2 逐點比較法
5.3.3 進給速度的計算和加減速控制
5.3.4 數字控制系統的應用案例
本章小結
思考與練習

6 計算機控制系統的新型控制策略
6.1 智能控制研究現狀
6.2 模糊控制
6.2.1 模糊控制理論基礎
6.2.2 模糊控制系統的原理與設計過程
6.2.3 模糊控制在電飯鍋中的應用
6.3 神經控制
6.3.1 神經網絡系統模型
6.3.2 BP網絡
6.3.3 神經網絡控制的結構
6.3.4 神經控制在復雜系統中的應用
6.4 遺傳控制
6.4.1 遺傳算法基礎理論
6.4.2 遺傳算法的改進策略
6.4.3 遺傳算法在模糊控制中的應用
6.5 專家控制
6.5.1 專家系統基本概念
6.5.2 專家控制器的原理和結構
6.5.3 專家控制系統的設計與應用
6.6 其他先進控制技術
6.6.1 自適應控制
6.6.2 魯棒控制
6.6.3 預測控制
6.6.4 量子控制
本章小結
思考與練習

7 控制網絡技術及現場總線
7.1 控制網絡技術概述
7.1.1 控制網絡與信息網絡的區別
7.1.2 企業計算機網絡的層次模型
7.1.3 控制網絡的類型及其相互關系
7.2 計算機網絡
7.2.1 計算機網絡的定義
7.2.2 計算機網絡的功能與分類
7.2.3 計算機網絡體系結構
7.3 現場總線控制系統技術
7.3.1 現場總線概述
7.3.2 現場總線標準
7.3.3 現場總線的體系結構
7.3.4 典型現場總線簡介
7.3.5 CAN總線
7.3.6 現場總線控制系統性能分析
7.4 計算機控制系統總線簡介
7.4.1 總線的概念及分類
7.4.2 內部總線
7.4.3 外部總線
7.5 工業控制組態軟件技術
本章小結
思考與練習

8 計算機控制系統的設計與實現
8.1 計算機控制系統的設計原則與步驟
8.1.1 系統設計原則
8.1.2 系統設計步驟
8.2 系統的工程設計與實現
8.2.1 系統總體方案設計
8.2.2 硬件的工程設計與實現
8.2.3 軟件的工程設計與實現
8.2.4 系統的調試與運行
8.3 計算機控制系統可靠性設計
8.3.1 干擾的形成與分類
8.3.2 硬件抗干擾技術
8.3.3 軟件抗干擾技術
8.4 計算機控制系統設計實例
8.4.1 紙機的轉速和紙長計算機控制系統
8.4.2 預加水成球模糊邏輯控制系統
本章小結
思考與練習
附錄 課程設計實例
實例1 烘箱溫度計算機控制系統設計
實例2 PID控制算法的MATLAB仿真研究
實例3 微型步進電動機控制系統設計
實例4 神經網絡用于英文字母的特征識別
實例5 遺傳算法在函數優化中的應用
參考文獻

采用高級語言編程的優點是編程效率高，不必了解計算機的指令系統和內存分配等問題，其計算公式與數學公式相近等；其缺點是編制的源程序經過編譯後、可執行的目標代碼比完成同樣功能的匯編語言的目標代碼長得多，一方面占用內存量增多，另一方面使得執行時間增加較多，往往難以滿足實時性的要求。高級語言一般用于系統界面和管理功能的設計。針對匯編語言和高級語言各自的優缺點，可以用混合語言編程，即系統的界面和管理功能等采用高級語言編程，而實時性要求高的控制功能則采用匯編語言編程。一般匯編語言實現的控制功能模塊由高級語言調用，從而兼顧了實時性和復雜的界面等實現方便性的要求。許多高級語言，如C語言、BASIC語言等，均提供與匯編語言的接口。
3）組態軟件
組態軟件是一種針對控制系統而設計的面向問題的高級語言，它為用戶提供了眾多的功能模塊，包括控制算法模塊（多為PID）、運算模塊（四則運算、開方、最大值／最小值選擇、一階慣性、超前滯後、工程量變換、上下限報警等數十種）、計數／計時模塊、邏輯運算模塊、輸入模塊、輸出模塊、打印模塊、顯示模塊等。系統設計者根據控制要求，選擇所需的模塊就能生成系統控制軟件，因而軟件設計工作量大力減小。常用的組態軟件有Intouch、FIX、WinCC、KingView組態王、MCGS、力控等。
2.數據類型和數據結構規劃
在系統總體方案設計中，系統的各模塊之間有著各種因果關系，互相之間要進行各種信息傳遞。如數據處理模塊和數據采集模塊之間的關系，數據采集模塊的輸出信息就是數據處理模塊的輸入信息，同樣，數據處理模塊和顯示模塊、打印模塊之間也有這種產銷關系。各模塊之間的關系體現在它們的接口條件上，即輸入條件和輸出結果上。為了避免產銷脫節現象，就必須嚴格規定各個接口條件，即各接口參數的數據結構和數據類型。