計算機控制技術（簡體書）

本書從工程實際應用的角度出發，注重基礎性、系統性和實用性，較深入地介紹計算機控制系統的基礎知識及分析和設計方法。作者在多年教學與科研實踐經驗的基礎上，刪除了內容高深而實際應用不多的控制技術，增加了大量的MATLAB仿真實例，並充實了計算機控制領域**新的技術理論和方法及作者的部分科研成果。全書共分10章，包括計算機控制系統的概述，工業控制計算機，過程輸入/輸出通道，數字程序控制技術，計算機控制系統的數學模型，數字控制器的連續化設計，數字控制器的離散化設計，計算機控制系統的應用軟件，計算機控制系統設計，計算機控制網絡技術等內容。
本書可作為高等院校自動化、電子與電氣工程、測控技術與儀器、機電一體化、計算機應用等專業的教材，也可作為相關領域工程技術人員的參考書或培訓教材。

《21世紀高等院校電氣工程與自動化規劃教材:計算機控制技術》可作為高等院校自動化、電子與電氣工程、測控技術與儀器、機電一體化、計算機應用等專業的教材，也可作為相關領域工程技術人員的參考書或培訓教材。

第1章計算機控制系統概述
1.1計算機控制系統的一般概念
1.2計算機控制系統的組成
1.2.1計算機控制系統硬件
1.2.2計算機控制系統軟件
1.2.3計算機控制系統通信網絡
1.3計算機控制系統的分類
1.3.1操作指導控制系統
1.3.2直接數字控制系統
1.3.3監督計算機控制系統
1.3.4集散控制系統
1.3.5現場總線控制系統
1.3.6計算機集成製造系統
1.3.7物聯網控制系統
1.4計算機控制系統的控制規律
1.5關於MATLAB工具軟件
習題1

第2章工業控制計算機
2.1控制計算機的主要類型
2.2IPC工控機的組成與特點
2.2.1IPC工控機的硬件組成
2.2.2IPC工控機的軟件組成
2.2.3IPC工控機的特點
2.2.4IPC工控機的發展方向
2.3IPC總線結構
2.3.1總線概述
2.3.2內部總線
2.3.3外部總線
2.4MODBUS通信協議
2.4.1概述
2.4.2兩種傳輸方式
2.4.3MODBUS消息幀
2.4.4錯誤檢測方法
2.4.5MODBUS的編程方法
習題2

第3章過程輸入/輸出通道
3.1概述
3.2模擬量輸入通道
3.2.1信號處理電路
3.2.2多路模擬開關
3.2.3前置放大器
3.2.4採樣保持器
3.2.5A/D轉換器
3.3模擬量輸出通道
3.3.1多路模擬量輸出通道的結構形式
3.3.2D/A轉換器
3.3.3DAC輸出方式
3.3.4D/A轉換通道的設計
3.4數字量輸入通道
3.5數字量輸出通道
3.6抗干擾技術
3.6.1干擾的來源與傳播途徑
3.6.2硬件抗干擾措施
習題3

第4章數字程序控制技術
4.1數字程序控制基礎
4.1.1數字程序控制原理
4.1.2數字程序控制方式
4.1.3開環數字程序控制
4.2逐點比較法插補原理
4.2.1逐點比較法直線插補
4.2.2逐點比較法圓弧插補
4.3步進電動機控制技術
4.3.1步進電動機的工作原理
4.3.2步進電動機的工作方式
4.3.3步進電動機的脈衝分配程序
4.3.4步進電動機的速度控制程序
習題4

第5章計算機控制系統的數學模型
5.1計算機控制系統數學模型的建立
5.2計算機控制系統的時域模型
5.2.1線性常係數微分方程
5.2.2線性常係數差分方程
5.3計算機控制系統的頻域模型
5.3.1Z變換理論
5.3.2連續時間系統的傳遞函數
5.3.3離散時間系統的傳遞函數
5.4計算機控制系統的狀態空間模型
5.4.1基本概念
5.4.2狀態空間表達式
5.4.3傳遞矩陣
習題5

第6章數字控制器的連續化設計
6.1數字控制器的連續化設計步驟
6.2數字PID控制器的設計
6.2.1PID三量的控制作用
6.2.2PID控制規律的數字化實現算法
6.2.3MATLAB仿真確認被控對象參數
6.2.4數字PID控制算法的改進
6.3數字PID控制器參數整定
習題6

第7章數字控制器的離散化設計
7.1數字控制器的離散化設計步驟
7.2最少拍隨動系統的設計
7.3最少拍無紋波隨動系統的設計
7.4大林算法
7.4.1大林算法的基本形式
7.4.2振鈴現象及其消除方法
7.4.3大林算法的設計步驟
7.4.4用MATLAB仿真被控過程
習題7

第8章計算機控制系統的應用軟件
8.1計算機控制系統軟件概述
8.1.1軟件的含義
8.1.2軟件的特點
8.1.3軟件的分類
8.1.4軟件設計的一般過程
8.1.5軟件設計的一般方法
8.2計算機控制系統的應用軟件
8.2.1控制系統的輸入/輸出軟件
8.2.2數字控制算法的計算機實現
8.2.3控制系統的監控組態軟件
8.3計算機控制系統的數據處理技術
8.3.1軟件抗干擾技術
8.3.2系統誤差的校正
8.3.3非線性處理
8.3.4標度變換
8.3.5越限報警
8.4輸入/輸出數字量的軟件抗干擾技術
習題8

第9章計算機控制系統設計
9.1控制系統設計的原則與步驟
9.1.1設計原則
9.1.2系統設計的步驟
9.2系統的工程設計和實現
9.2.1系統總體方案設計
9.2.2硬件的工程設計和實現
9.2.3軟件的工程設計和實現
9.2.4系統的調試與運行
9.3某新型建材廠全自動預加水控制系統設計
9.3.1工程概述
9.3.2系統總體方案設計
9.3.3硬件設計
9.3.4軟件設計
9.3.5運行調試
9.4基於單片機的智能車模型設計
9.4.1系統概述與總體方案的設計
9.4.2硬件設計
9.4.3軟件設計
9.4.4系統調試
9.5基於DSP2812的離網型智能光伏逆變器
9.5.1工程概述
9.5.2系統總體方案設計
9.5.3硬件設計
9.5.4軟件設計
9.5.5系統調試
習題9

第10章計算機控制網絡技術
10.1工業控制網絡概述
10.1.1網絡拓撲結構
10.1.2介質訪問控制技術
10.1.3差錯控制
10.2網絡通信協議
10.2.1OSI參考模型
10.2.2IEEE802標準
10.2.3工業以太網
10.3分布式控制系統
10.3.1概述
10.3.2分布式控制系統特點
10.3.3分布式控制系統的功能層次結構
10.4現場總線控制系統
10.4.1現場總線的特徵
10.4.2OSI參考模型與現場總線通信模型
10.4.3基金會現場總線
10.4.4局部操作網絡
10.4.5過程現場總線
10.4.6控制器局域網絡
10.4.7可尋址遠程傳感器數據通路
10.5物聯網技術
10.5.1物聯網定義
10.5.2物聯網的總體架構、特點
10.5.3物聯網的關鍵技術
10.5.4物聯網智能家居系統的設計
習題10
參考文獻

（1）過程通道與存儲器統一編址方式
這種編址方式又稱為存儲器映像編址。此時每個I/O端口看做存儲器中的一個單元，并賦予存儲器地址。當CPU要訪問I/O端口時，如同訪問存儲器一樣，所有訪問存儲器的指令同樣適合于I/O端口，通常把存儲器中最后一小部分地址分配給各個I/O接口。
優點：簡化指令系統設計，可使用全部存儲器指令。
缺點：減少一定量的內存容量，數據存取時間長（MOV需20個以上時鐘周期，專用l/O指令需10個時鐘周期）。
（2）過程通道與存儲器獨立編址方式
這種編址方式又稱專用I/O指令編址，I/O端口地址與存儲器地址是分開的。CPU對端口寄存器的訪問通過IN和OUT指令完成，并有直接尋址方式和間接尋址方式兩種。它們尋址空間不同。
3.主機對過程通道的控制方式
計算機的外圍設備及過程通道種類繁多，它們的傳送速率各不相同。因此，輸入/輸出產生復雜的定時問題，也就是CPU采用什么控制方式向過程通道輸入和輸出數據。常用的控制方式有3種。
（1）程序傳送控制方式
程序傳送控制方式是指完全靠程序來控制信息在CPU與I/O設備之間的傳送，又分為無條件（同步）傳送方式和條件（查詢）傳送方式。
無條件傳送是指外設已準備好，而又不必檢查它們的狀態情況下，可直接采用輸入/輸出指令同外設傳送數據。這是最簡單的一種，所需硬件、軟件較少，但必須已知外設已準備好發送數據或能接收數據才能使用，否則會出錯。這種方式一般很少使用。
條件傳送也稱查詢傳送或異步傳送方式。CPU在傳送前，利用程序不斷詢問外設的狀態，若外設準備好，CPU就立即與外設進行數據交換；若沒有準備好，則CPU就處于循環查詢狀態，直到外設準備好為止。
（2）中斷傳送方式
中斷是外設（或其他中斷源）中止CPU當前正在執行的程序，轉向該外設服務的程序，即完成外設與CPU之間傳送一次數據，一旦服務結束，又返回主程序繼續執行。這樣，在外設處理數據期間，CPU同時可以處理其他事務，外設處理完時主動向CPU提出服務請求，而CPU在每條指令執行的結尾階段均檢查是否有中斷請求（這種檢查由硬件完成，不占CPU時間）。一個完整的中斷處理過程應包括中斷請求、中斷排隊、中斷響應、中斷處理和中斷返回。
（3）直接存儲器存取（DMA）傳送方式
數據傳送執行的時間小于完成中斷過程所需時間；大量數據在高速外設與存儲器之間傳送時，采用DMA方式。DMA方式是利用專門的硬件電路，讓外設接日口可直接與內存進行高速的大批量數據傳送，而不經過CPU，這專門硬件就是DMA控制器——DMAC。