計算機控制系統

本書通過總結作者的科研成果和吸收國內外的先進理論、方法和技術，以計算機控制技術和與控制理論有機結合為基礎，從工業企業自動化系統的開放性、集散性、網路化的觀點出發，將現代分散式控制系統作為主線索，先進的控制技術作為支撐，結合典型控制系統，介紹和論述計算機控制系統的原理、分析設計方法和應用技術。本書主要介紹輸入輸出通道技術、數字控制器的設計、計算機控制系統的設計與實現、計算機控制策略與實現以及網路集成式分佈控制系統。在系統控制軟體設計中還介紹了系統組態、組態軟體的基本概念、方法和技術；在系統設計與組成介紹中。

《計算機控制系統》可作為普通高等院校自動化、電氣工程及其自動化、計算機應用、電子信息工程等專業及其相關專業的本科生、研究生及教師的教科書和教學參考書，也可作為廣大科技工作者和工程技術人員的參考書。

1 計算機控制系統概論(1)

1.1 計算機控制系統分類(1)

1.1.1 典型的計算機控制系統(1)

1.1.2 計算機控制系統分類(4)

1.1.3 計算機控制系統的特點(9)

1.2 計算機控制系統原理和組成(9)

1.2.1 計算機控制系統基本原理(10)

1.2.2 計算機控制系統的硬體組成(11)

1.2.3 計算機控制系統的軟體組成(13)

1.3 計算機控制系統的性能及其指標(13)

1.3.1 計算機控制系統的性能指標(13)

1.3.2 控制對象對控制性能的影響(14)

1.3.3 控制系統的工業控制機特點(15)

1.4 計算機控制的發展與展望(16)

1.4.1 現代計算機控制系統概論(16)

1.4.2 新型控制策略與計算機控制系統(17)

1.4.3 計算機控制系統軟體技術的新發展(19)

1.4.4 計算機控制系統的發展趨勢(20)

思考題和習題(22)

2 過程輸入輸出通道技術(23)

2.1 過程輸入輸出通道概述(23)

2.1.1 模擬量輸入通道的一般結構(23)

2.1.2 模擬量輸出通道的基本結構(24)

2.1.3 開關量(數字量)輸入通道的基本結構(24)

2.1.4 開關量(數字量)輸出通道的基本結構(25)

2.2 數字量輸入輸出通道(25)

2.2.1 數字量輸入輸出介面技術(25)

2.2.2 數字量輸入通道(26)

2.2.3 數字量輸出通道(28)

2.3.模擬量輸出通道(29)

2.3.1 D/A轉換器概述(29)

2.3.2 常用D/A轉換器及其介面技術(31)

2.3.3 D/A轉換模板(35)

2.4 模擬量輸入輸出通道(38)

2.4.1 模擬量輸入通道中的信號變換(38)

2.4.2 A/D轉換器(39)

2.4.3 常用A/D轉換器及其介面技術(42)

2.4.4 A/D轉換模板(47)

2.5 數據採集系統實例(51)

2.5.1 數據採集系統的組成及基本功能(51)

2.5.2 數據採集系統設計舉例(52)

思考題和習題(56)

3 數字控制器的設計(57)

3.1 概述(57)

3.1.1 模擬化設計方法(58)

3.1.2 離散化設計方法(58)

3.1.3 兩種方法的比較(58)

3.2 模擬控制器的離散化(59)

3.2.1 Z變換法(59)

3.2.2 帶有零階保持器的Z變換法(60)

3.2.3 差分變換法(60)

3.2.4 雙線性變換法(61)

3.2.5 各種離散化方法的比較(63)

3.3 數字PID控制(64)

3.3.1 理想微分PID控制(64)

3.3.2 實際微分PID控制(65)

3.3.3 控制演演算法實施中的具體問題(69)

3.4 數字PID控制算式的改進(73)

3.4.1 微分先行(73)

3.4.2 帶死區的PID演演算法(73)

3.4.3 積分分離PID演演算法(74)

3.4.4 IPD演演算法(75)

3.5 數字PID參數整定方法(75)

3.5.1 PID控制器參數對系統性能的影響(76)

3.5.2 採樣周期T的選擇(76)

3.5.3 控制規律的選擇(78)

3.5.4 擴充比例度法(78)

3.5.5 擴充響應曲線法（動態特性法）(80)

3.5.6 衰減曲線法(80)

3.5.7 數字PID的變參數整定(80)

3.5.8 數字PID參數的最優整定(81)

3.6 數字控制器的直接設計方法(83)

3.6.1 最少拍隨動系統設計(83)

3.6.2 最少拍無紋波隨動系統的設計(86)

3.6.3 大林控制演演算法(89)

3.7 數字控制器的計算機實現(94)

3.7.1 直接型（Ⅰ）(94)

3.7.2 直接型（Ⅱ）(95)

3.7.3 串聯型實現(96)

3.7.4 並聯型的實現(98)

3.7.5 控制演演算法實現舉例(99)

3.7.6 控制演演算法的程序實現(100)

思考題和習題(102)

4 工業控制計算機組成概述(103)

4.1 工業控制計算機及發展演變(103)

4.1.1 工業控制計算機的組成結構及特點(103)

4.1.2 工業控制機匯流排結構(106)

4.1.3 工業控制機進展(117)

4.2 匯流排工控機產品(119)

4.2.1 IPC工業控制機(119)

4.2.2 外圍介面部件(123)

4.2.3 工業控制系統中的人-機介面技術(127)

4.2.4 嵌入式PC機(131)

4.2.5 ADAM5510“嵌入式”控制器(137)

4.3 可編程邏輯控制器（PLC）(142)

4.3.1 PLC發展及工控特點(142)

4.3.2 PLC產品概覽(145)

4.3.3 西門子(SIEMENS)可編程式控制制器(145)

4.4 硬體系統集成應用(151)

4.4.1 硬體組態集成概述(151)

4.4.2 系統集成舉例(153)

思考題和習題(157)

5 控制系統應用程序設計(158)

5.1.工控機軟體組成(158)

5.1.1 系統軟體(158)

5.1.2 開發工具軟體(161)

5.1.3 應用軟體(165)

5.2 控制環節的軟體思路(166)

5.2.1 數據結構及其應用(166)

5.2.2 測量數據預處理技術(170)

5.2.3 數字控制器的工程實現(174)

5.2.4 系統的有限字長數值問題(175)

5.2.5 軟體抗干擾技術(178)

5.3 控制環節程序範例(181)

5.3.1 標度變換程序(181)

5.3.2 數字濾波程序(183)

5.3.3 數字PID演演算法程序(184)

5.3.4 串列通信程序(189)

5.4 監控組態軟體(193)

5.4.1 概述(193)

5.4.2 組態軟體的功能簡介(193)

5.4.3 世紀星組態軟體簡介(195)

5.4.4 組態軟體應用(198)

思考題和習題(200)

6 計算機控制策略與實現(201)

6.1 串級控制(201)

6.2 前饋控制(202)

6.2.1 基本概念(202)

6.2.2 應用的舉例(206)

6.3 大純滯后控制(208)

6.3.1 Smith預估時間補償(209)

6.3.2 純滯后採樣控制(211)

6.4 計算指標控制(214)

6.5 超馳控制系統(217)

6.6 Bang-Bang控制(218)

6.6.1 概念(218)

6.6.2 開關曲線(219)

6.6.3 雙模調節(221)

6.7 預測控制(223)

6.7.1 預測控制的結構形式(223)

6.7.2 模型演演算法控制(224)

6.7.3 動態矩陣控制(226)

6.7.4 預測控制的性質(232)

思考題和習題(233)

7 計算機控制系統設計與實現(234)

7.1 控制系統的工程設計方法(234)

7.1.1 系統設計的原則(234)

7.1.2 工程項目的確定(236)

7.1.3 工程項目的設計(237)

7.1.4 項目模擬與調試(238)

7.2 控制系統可靠性技術(239)

7.2.1 工業控制機的可靠性措施(239)

7.2.2 控制系統的抗干擾措施(241)

7.2.3 軟體設計的可靠性措施(245)

7.3 控制系統的設計與實現(246)

7.3.1 系統總體方案設計(246)

7.3.2 硬體的工程設計與實現(247)

7.3.3 軟體的工程設計與實現(249)

7.3.4 系統的調試與運行(252)

7.4 控制系統經濟式設計與實現範例(255)

7.4.1 概述(255)

7.4.2 方案設計(255)

7.4.3 硬軟體設計與調試(256)

7.5 控制系統集成式設計與實現範例(260)

7.5.1 範例對象描述與需求分析(261)

7.5.2 方案設計系統集成(262)

思考題和習題(268)

8 網路集成式分散控制系統(269)

8.1 數據通信與工業網路(269)

8.1.1 概述(269)

8.1.2 網路標準與通信協議(271)

8.1.3 工業控制網路結構與數據收發控制方式(274)

8.1.4 工業網路的性能評價和選型(274)

8.2 集散控制系統(276)

8.2.1 DCS概述(276)

8.2.2 DCS的分散過程式控制制級(280)

8.2.3 DCS的集中操作監控級(282)

8.2.4 DCS的綜合信息管理級(282)

8.2.5 TDCS3000集散控制系統簡介(284)

8.3 現場匯流排控制系統(285)

8.3.1 現場匯流排概述(285)

8.3.2 FCS體系結構(290)

8.4 移動式混凝土廠拌設備FCS系統實例(292)

8.4.1 概述(292)

8.4.2 現場測控儀錶設計與實現(294)

8.4.3 控制系統及上位機設計(297)

8.4.4 混凝土站網路集成式控制管理系統(299)

思考題和習題(300)

有關計算機控制系統的網站地址(301)

參考文獻(303)