計算機控制系統

書名計算機控制系統

書號978-7-118-06738-5

作者德輝等

出版時間2010年4月

譯者

版次1版1次

開本16

裝幀平裝

出版基金

頁數308

字數504

中圖分類TP273

叢書名

定價36.00

本書對計算機控制系統的基本概念、組成原理、設計方法及應用進行了全面和系統的論述, 主要內容包括計算機控制系統概述、計算機控制系統的理論基礎、數字PID控制器、直接數字控制器、基於狀態空間模型的設計方法、模型預測控制、模糊控制與神經元網路控制、過程輸入輸出通道、人機介面與抗干擾技術、微型計算機控制系統的工程設計、工業控制計算機和網路化控制系統。本書是作者在早期出版的《微型計算機控制系統》和《微型計算機控制技術》基礎上，結合了作者近年來的教學和科研成果，吸收了國內外先進控制理論、技術和方法

第1章 計算機控制系統概述……1

1.1 計算機控制系統的組成、結構與特點……1

1.1.1 計算機控制系統的組成……1

1.1.2 計算機控制系統的結構……2

1.1.3 計算機控制系統的特點……3

1.2 計算機控制系統的分類……3

1.2.1 計算機操作指導控制系統……3

1.2.2 直接數字控制系統……4

1.2.3 監督計算機控制系統……4

1.2.4 集散控制系統……5

1.2.5 現場匯流排控制系統……5

1.2.6 計算機集成製造控制系統……6

1.3 計算機控制系統的發展前景……7

1.3.1 開放化……7

1.3.2 小型化……7

1.3.3 智能化……7

第2章 計算機控制系統的理論基礎……8

2.1 計算機控制系統的信號變換……8

2.1.1 信號的種類……8

2.1.2 A/D轉換器與採樣定理……9

2.1.3 D/A轉換器與保持器……14

2.1.4 計算機控制系統的簡化結構圖……16

2.2 線性離散控制系統的數學描述方法……16

2.2.1 差分方程……17

2.2.2 Z變換……17

2.2.3 Z變換的基本定理……21

2.2.4 Z反變換……22

2.2.5 用Z變換解差分方程……25

2.3 脈衝傳遞函數……27

2.3.1 脈衝傳遞函數的定義……27

2.3.2 脈衝傳遞函數的求法……27

2.3.3 離散系統結構圖的等效變換……29

2.4 線性離散控制系統的穩定性與穩態誤差……32

2.4.1 穩定性……32

2.4.2 穩態誤差……35

第3章 數字PID控制器……37

3.1 數字控制器的設計方法……37

3.1.1 計算機控制系統的等效結構圖……37

3.1.2 數字控制器的間接設計方法……38

3.2 PID控制演演算法……43

3.2.1 模擬PID控制器……43

3.2.2 數字PID控制器……45

3.3 PID演演算法的幾種改進形式……47

3.3.1 帶有死區的PID控制演演算法……47

3.3.2 抗積分飽和的PID演演算法……48

3.3.3 不完全微分的PID控制演演算法……49

3.3.4 對象具有純滯后的PID控制……52

3.4 PID控制器的參數整定……53

3.4.1 經驗法……53

3.4.2 試湊法……53

3.4.3 擴充臨界比例帶法……54

3.4.4 擴充階躍響應法……55

3.4.5 參數尋優方法……56

3.4.6 自整定PID演演算法……57

3.5 自抗擾控制器……57

3.5.1 PID控制器的缺點……57

3.5.2 自抗擾控制器的結構……58

3.5.3 模擬實例……62

第4章 數字控制器的直接設計方法……63

4.1 直接設計法的原理與步驟……63

4.2 最少拍系統設計……64

4.2.1 最少拍系統D(z)的設計……64

4.2.2 最少拍系統的調整時間……65

4.2.3 數字控制器的可實現條件……68

4.2.4 最少拍系統的穩定性……68

4.3 最少拍無紋波系統設計……71

4.4 大林演演算法……73

4.4.1 大林演演算法的基本形式……73

4.4.2 振鈴的強弱及振鈴的消除方法……74

4.5 數字控制器D(z)的實現……76

4.5.1 直接程序設計法……76

4.5.2 串列程序設計法……77

4.5.3 并行程序設計法……78

第5章 基於狀態空間方程的設計方法……80

5.1 離散時間系統的狀態空間描述……80

5.1.1 由差分方程建立離散狀態空間方程……80

5.1.2 由脈衝傳遞函數建立離散狀態空間方程……82

5.1.3 線性連續系統的離散化……85

5.1.4 離散狀態方程求解……86

5.1.5 線性離散系統的傳遞矩陣和特徵方程……86

5.2 離散時間系統的能控性、能觀性與穩定性……87

5.2.1 能控性及其判據……87

5.2.2 能觀性及其判據……88

5.2.3 穩定性……88

5.3 狀態反饋控制……91

5.3.1 狀態反饋……91

5.3.2 極點配置……92

5.4 狀態觀測器……93

5.4.1 開環估計器……93

5.4.2 閉環狀態觀測器……94

5.4.3 帶有狀態觀測器的狀態反饋系統……96

5.5 線性二次型最優控制……97

5.5.1 性能指標……97

5.5.2 離散系統的無限時間二次型最優控制……98

5.5.3 離散系統的有限時間二次型最優控制……98

第6章 模型預測控制……99

6.1 MPC的基本原理……99

6.1.1 MPC的內部結構……99

6.1.2 一個簡單的例子……101

6.2 典型的模型預測控制演演算法……103

6.2.1 動態矩陣控制……103

6.2.2 模型演演算法控制……107

6.2.3 廣義預測控制……109

第7章 模糊控制與神經網路控制……114

7.1 模糊數學基礎……114

7.1.1 模糊集合與模糊關係……114

7.1.2 模糊推理……116

7.2 模糊控制的基本原理……118

7.2.1 模糊化……118

7.2.2 知識庫……119

7.2.3 模糊推理與解模糊化……121

7.2.4 模糊控制的應用實例……122

7.3 模糊控制與PID的結合……123

7.3.1 模糊-PID複合控制……123

7.3.2 模糊自適應PID控制……124

7.4 神經網路基礎……125

7.4.1 神經元數學模型……125

7.4.2 神經網路的結構……126

7.4.3 神經網路的學習規則……127

7.4.4 典型前向神經網路(BP網路)……128

7.5 單神經元PID控制……130

第8章 過程輸入輸出通道……133

8.1 模擬量輸入通道……133

8.1.1 感測器……134

8.1.2 信號處理……140

8.1.3 多路轉換開關……141

8.1.4 放大器……143

8.1.5 採樣保持器……145

8.1.6 模數(A/D)轉換器……147

8.2 模擬量輸出通道……152

8.2.1 數模轉換器……153

8.2.2 電壓/電流變換器……158

8.3 數字量輸入通道……159

8.3.1 開關量輸入通道……160

8.3.2 脈衝量輸入通道……160

8.3.3 中斷輸入通道……161

8.4 數字量輸出通道……161

8.4.1 功率開關驅動……162

8.4.2 開關執行器……163

8.5 通道中的隔離電路……165

8.5.1 數字隔離電路……165

8.5.2 模擬隔離放大器……166

第9章 人機介面技術……168

9.1 概述……168

9.2 信息輸入裝置……169

9.2.1 電位器輸入裝置……169

9.2.2 撥碼盤輸入裝置……169

9.2.3 鍵盤輸入裝置……171

9.2.4 滑鼠輸入裝置……176

9.2.5 掃描儀輸入裝置……179

9.3 信息輸出裝置……180

9.3.1 發光二極體顯示器及介面電路……181

9.3.2 液晶顯示器及介面電路……186

9.3.3 圖形顯示器……188

9.3.4 微型印表機……190

9.4 觸摸屏……193

9.4.1 觸摸屏的工作原理……193

9.4.2 觸摸屏的三個基本技術特性……194

9.4.3 觸摸屏的主要類型……194

9.5 鍵盤顯示器典型介面電路……196

9.5.1 串列口硬體解碼鍵盤顯示器介面……196

9.5.2 8279鍵盤顯示器介面……198

9.5.3 8279鍵盤顯示器應用及編程方法……202

第10章 抗干擾技術……205

10.1 計算機控制系統干擾的來源及分類……205

10.1.1 干擾的來源……205

10.1.2 干擾的分類……206

10.2 幾種主要干擾的抑制方法……207

10.2.1 電源雜訊的抑制……207

10.2.2 過程通道的干擾抑制……210

10.2.3 接地技術……213

10.2.4 布線的抗干擾技術……216

10.2.5 CPU抗干擾技術……218

第11章 微型計算機控制系統的工程設計……226

11.1 微型計算機控制系統設計的方法和步驟……226

11.1.1 系統工程設計的基本要求……226

11.1.2 系統工程設計的特點……227

11.1.3 確定系統總體控制方案……227

11.1.4 建立系統的數學模型並確定控制演演算法……227

11.1.5 微型機與介面電路的選擇……228

11.1.6 系統總體設計……228

11.2 全數字位置隨動系統設計……230

11.2.1 系統基本單元設計……230

11.2.2 數字觸發器設計……233

11.2.3 數字控制器設計……240

11.2.4 系統的主程序框圖及程序清單……240

11.3 全數字雙閉環直流調速系統設計……242

11.3.1 系統組成原理……242

11.3.2 系統各單元設計……243

11.3.3 系統動態參數計算……248

11.3.4 系統軟體設計……249

11.4 微機控制的恆壓調速供水系統設計……250

11.4.1 系統主要單元設計……250

11.4.2 系統軟體設計……254

11.5 數字式呼吸機控制器設計……255

11.5.1 控制器組成原理……256

11.5.2 控制器單元硬體設計……257

11.5.3 控制器軟體設計……261

第12章 工控機系統與網路化控制系統……269

12.1 工控機系統……269

12.1.1 工控機系統的組成……269

12.1.2 工控機的結構……270

12.1.3 工控機的I/O介面信號模板……271

12.1.4 工控機的應用實例……276

12.2 集散控制系統……277

12.2.1 DCS的基本結構……277

12.2.2 DCS的硬體構成……279

12.2.3 DCS的軟體構成……280

12.2.4 DCS的網路構成……283

12.3 現場匯流排控制系統……286

12.3.1 現場匯流排概述……286

12.3.2 FCS的技術特點……289

12.3.3 幾種有影響的現場匯流排……291

附錄 PID計算程序……295

參考文獻……301