1.內(nèi)容提要
本書(shū)詳細(xì)介紹了計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的基本原理、控制方法和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)例。本書(shū)共分為9章內(nèi)容，分別介紹計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述、過(guò)程通道、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、數(shù)字PID控制算法、常用數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)、復(fù)雜數(shù)字控制器設(shè)計(jì)、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)例、校企合作案例—計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用。
本書(shū)可以作為高等學(xué)校自動(dòng)化、電氣工程及其自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、機(jī)電一體化等專(zhuān)業(yè)及其相關(guān)專(zhuān)業(yè)高年級(jí)本科生的教材，還可以供研究生和相關(guān)科技人員作為參考書(shū)。
2.第3版前言
根據(jù)2019年12月教育部深化新工科建設(shè)座談會(huì)暨卓越大學(xué)聯(lián)盟高校新工科教育研討會(huì)的有關(guān)精神，在原編寫(xiě)的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)應(yīng)用型本科專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn)，再次修訂了計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的教材。
計(jì)算機(jī)控制技術(shù)廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，對(duì)于推動(dòng)工業(yè)技術(shù)的發(fā)展及新工科的建設(shè)起到一定的作用。近年來(lái)，隨著電力電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、智能控制技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)也發(fā)生了很大的變化，新的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)不斷出現(xiàn)，促進(jìn)了自動(dòng)化的發(fā)展。本書(shū)系統(tǒng)地講述了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)、原理、控制器的設(shè)計(jì)及應(yīng)用，既有理論分析又有應(yīng)用實(shí)例。本書(shū)覆蓋了工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、輸入/輸出通道、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)控制算法及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)等內(nèi)容，以引導(dǎo)讀者按照理論分析、仿真研究與工程應(yīng)用等來(lái)進(jìn)行計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)。
計(jì)算機(jī)控制技術(shù)主要內(nèi)容包括四部分：第一部分主要是計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的基礎(chǔ)，主要包括計(jì)算機(jī)控制技術(shù)概述、過(guò)程通道的原理及數(shù)字濾波技術(shù)處理；第二部分主要討論計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的控制算法、數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)及其應(yīng)用；第三部分主要講述工業(yè)控制計(jì)算機(jī)；第四部分主要介紹計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和應(yīng)用。
為了讓讀者能全面地、系統(tǒng)地掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的知識(shí)，達(dá)到教育部對(duì)應(yīng)用型本科的要求，在編寫(xiě)本教材時(shí)，根據(jù)應(yīng)用型本科的特點(diǎn)，本書(shū)在編寫(xiě)過(guò)程中力求由淺入深、循序漸進(jìn)、通俗易懂，基本概念和基本知識(shí)的解釋準(zhǔn)確清晰，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)知識(shí)的說(shuō)明簡(jiǎn)明扼要，注重將計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件和軟件有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，注重計(jì)算機(jī)工業(yè)控制的軟件設(shè)計(jì)及其應(yīng)用。通過(guò)典型的控制系統(tǒng)的軟件和硬件設(shè)計(jì)來(lái)使讀者更深入地理解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的各個(gè)組成部分，本書(shū)的編寫(xiě)重點(diǎn)突出，以幫助讀者掌握關(guān)鍵技術(shù)并全面理解本書(shū)內(nèi)容。
本書(shū)共分9章：第1章主要介紹計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述；第2章主要介紹過(guò)程通道；第3章主要介紹計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型；第4章主要介紹數(shù)字PID控制算法；第5章主要介紹常用數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)；第6章主要介紹復(fù)雜數(shù)字控制器設(shè)計(jì)；第7章主要介紹工業(yè)控制計(jì)算機(jī)；第8章主要介紹計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)例；第9章主要通過(guò)校企合作案例介紹計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用。
本書(shū)由張燕紅任主編，馬金祥、姚文卿任副主編，其中第1章至第5章由張燕紅編寫(xiě)，第6章至第8章由馬金祥編寫(xiě)，第9章由姚文卿編寫(xiě)，本書(shū)由張建生主審。
為了方便教師教學(xué)和與作者交流，本書(shū)作者將向該教材的教學(xué)單位提供PPT及相關(guān)教學(xué)資料，聯(lián)系方式zhangyh@czu.cn。
由于作者水平有限，書(shū)中難免有錯(cuò)誤或不足之處，敬請(qǐng)廣大讀者批評(píng)、指正。
編者
2020年7月 3.目錄
1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述（1）
1.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的概念（1）
1.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成（3）
1.2.1硬件組成（3）
1.2.2軟件組成（6）
1.3計(jì)算機(jī)在工業(yè)控制中的典型應(yīng)用（7）
1.4計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)舉例（12）
1.5計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展概況及趨勢(shì)（14）
1.5.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展概況（14）
1.5.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)（15）
思考題與習(xí)題1（16）
2過(guò)程通道（17）
2.1信號(hào)的采樣和多路開(kāi)關(guān)（17）
2.1.1采樣定理（17）
2.1.2采樣、量化與編碼（19）
2.1.3多路開(kāi)關(guān)（21）
2.2模擬量輸入通道（24）
2.3模擬量輸出通道（33）
2.3.1模擬量輸出通道的兩種基本結(jié)構(gòu)形式（33）
2.3.2D／A轉(zhuǎn)換器及接口（34）
2.4數(shù)字量輸入／輸出通道（41）
2.4.1數(shù)字量輸入/輸出通道的一般結(jié)構(gòu)（41）
2.4.2數(shù)字量輸入通道（41）
2.4.3數(shù)字量輸出通道（43）
2.5過(guò)程通道的抗干擾措施（43）
2.5.1干擾信號(hào)的分類(lèi)（43）
2.5.2干擾的抑制（45）
2.6數(shù)字濾波技術(shù)（45）
2.6.1程序判斷濾波（46）
2.6.2中值濾波（47）
2.6.3算術(shù)平均值濾波（48）
2.6.4加權(quán)平均值濾波（49）
2.6.5滑動(dòng)平均值濾波（49）
2.6.6RC低通數(shù)字濾波（49）
2.6.7復(fù)合數(shù)字濾波（50）
2.6.8各種數(shù)字濾波性能的比較（51）
思考題與習(xí)題2（52）
3計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型（53）
3.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述（53）
3.1.1差分方程（53）
3.1.2Z變換（54）
3.1.3Z反變換（59）
3.1.4脈沖傳遞函數(shù)（61）
3.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析（67）
3.2.1S平面和Z平面之間的映射關(guān)系（67）
3.2.2離散控制系統(tǒng)穩(wěn)定判據(jù)（68）
3.2.3離散控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差分析（70）
3.3離散控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性分析（73）
3.3.1脈沖傳遞函數(shù)分析離散控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程（74）
3.3.2零極點(diǎn)分布與動(dòng)態(tài)性能之間的關(guān)系（75）
思考題與習(xí)題3（76）
4數(shù)字PID控制算法（78）
4.1標(biāo)準(zhǔn)的PID算法（78）
4.1.1位置型PID控制算式（79）
4.1.2增量型PID控制算式（80）
4.1.3位置型PID算式的遞推算式(偏差系數(shù)控制算式)（82）
4.2改進(jìn)的PID算法（83）
4.2.1抑制積分飽和的PID算法（83）
4.2.2帶有死區(qū)的PID算式（86）
4.2.3不完全微分的PID算式（87）
4.2.4微分先行PID控制（90）
4.2.5時(shí)間最優(yōu)PID控制（90）
4.2.6PID比率控制（91）
4.3數(shù)字PID算法應(yīng)用中的問(wèn)題（93）
4.3.1數(shù)字PID算法實(shí)施中的幾個(gè)問(wèn)題（93）
4.3.2數(shù)字PID調(diào)節(jié)中的幾個(gè)實(shí)際問(wèn)題（94）
4.4PID參數(shù)整定方法（96）
4.4.1采樣周期T的選擇（96）
4.4.2湊試法整定PID控制器參數(shù)（97）
4.4.3擴(kuò)充臨界比例度法（98）
4.4.4擴(kuò)充響應(yīng)曲線法（99）
4.4.5歸一參數(shù)整定法（100）
4.4.6優(yōu)選法（100）
4.5PID算法仿真實(shí)例（100）
4.5.1仿真模型的結(jié)構(gòu)（100）
4.5.2控制算法仿真的實(shí)現(xiàn)方法（101）
思考題與習(xí)題4（107）
5常用數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)（108）
5.1概述（108）
5.2最少拍隨動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（109）
5.2.1最少拍系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（109）
5.2.2最少拍系統(tǒng)的局限性（117）
5.3最少拍無(wú)紋波系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（120）
5.4非最少的有限拍控制（122）
5.5慣性因子法（123）
5.6大林(Dahlin)算法（125）
5.7數(shù)字控制器在控制系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)方法（130）
5.7.1直接程序設(shè)計(jì)法（130）
5.7.2串行程序設(shè)計(jì)法（131）
5.7.3并行程序設(shè)計(jì)法（132）
5.7.4數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)（134）
思考題與習(xí)題5（135）
6復(fù)雜數(shù)字控制器設(shè)計(jì)（136）
6.1純滯后系統(tǒng)的Smith控制算法（136）
6.1.1Smith預(yù)估器的工作原理（136）
6.1.2Smith預(yù)估器的數(shù)字實(shí)現(xiàn)（139）
6.1.3數(shù)字Smith預(yù)估控制系統(tǒng)（140）
6.2串級(jí)控制算法（140）
6.2.1串級(jí)控制工作原理（140）
6.2.2串級(jí)控制的實(shí)現(xiàn)（143）
6.2.3控制系統(tǒng)中副回路的設(shè)計(jì)（145）
6.2.4主回路和副回路的匹配問(wèn)題（145）
6.2.5主、副調(diào)節(jié)器正反作用方式的確定（145）
6.2.6控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的選型和參數(shù)整定（146）
6.2.7串級(jí)控制系統(tǒng)的工業(yè)應(yīng)用（146）
6.3比值控制（147）
6.3.1單閉環(huán)比值控制（147）
6.3.2雙閉環(huán)比值控制（148）
6.3.3變比值控制（149）
6.4前饋控制（149）
6.4.1前饋控制的原理（149）
6.4.2完全補(bǔ)償?shù)臈l件（150）
6.4.3前饋—反饋控制（150）
6.5動(dòng)態(tài)矩陣控制算法（151）
6.5.1DMC的基本原理（152）
6.5.2動(dòng)態(tài)矩陣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇（158）
思考題與習(xí)題6（161）
7工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（162）
7.1工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)及要求（162）
7.2單片微型計(jì)算機(jī)（163）
7.3可編程序控制器（164）
7.4總線工控機(jī)（167）
思考題與習(xí)題7（172）
8計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)例（173）
8.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則（173）
8.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程（174）
8.3設(shè)計(jì)舉例——電爐溫控過(guò)程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（179）
8.3.1電爐溫控過(guò)程控制要求（179）
8.3.2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)（180）
8.3.3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)（181）
8.3.4系統(tǒng)仿真（183）
8.4設(shè)計(jì)舉例——機(jī)械手獨(dú)立PD控制系統(tǒng)（185）
8.4.1控制律設(shè)計(jì)（185）
8.4.2收斂性分析（186）
8.4.3仿真實(shí)例（186）
思考題與習(xí)題8（190）
9校企合作案例（191）
9.1工業(yè)機(jī)器人及機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用系統(tǒng)（191）
9.1.1產(chǎn)品概述（191）
9.1.2產(chǎn)品特點(diǎn)（191）
9.1.3技術(shù)性能（191）
9.2機(jī)器人應(yīng)用訓(xùn)練系統(tǒng)組成（192）
9.2.1系統(tǒng)組成（192）
9.2.2機(jī)構(gòu)功能（192）
9.2.3設(shè)備運(yùn)行（193）
9.3元器件功能介紹（194）
9.3.1傳感器的定義（194）
9.3.2各傳感器接線方式（195）
9.3.3氣動(dòng)元件及工作原理圖（196）
9.4變頻器使用說(shuō)明（198）
9.4.1操作面板的認(rèn)知與操作（198）
9.4.2端子接線圖（199）
9.4.3基本操作（200）
9.4.4面板操作（201）
9.4.5主要參數(shù)設(shè)置（202）
9.5RFID識(shí)別系統(tǒng)（202）
9.5.1RFID識(shí)別系統(tǒng)介紹（202）
9.5.2RFID通信協(xié)議分析（203）
9.5.3三菱PLC控制程序設(shè)計(jì)（203）
9.5.4工件種類(lèi)及編碼（204）
9.6機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)應(yīng)用（204）
9.6.1視覺(jué)系統(tǒng)安裝（204）
9.6.2視覺(jué)系統(tǒng)使用（205）
9.6.3新建應(yīng)用（207）
9.7工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用（209）
9.7.1機(jī)器人示教單元使用（209）
9.7.2機(jī)器人軟件使用（212）
9.7.3機(jī)器人常用控制指令（219）
9.8工業(yè)機(jī)器人綜合應(yīng)用（222）
9.8.1運(yùn)行準(zhǔn)備（222）
9.8.2檢查設(shè)置（223）
9.8.3機(jī)器人跟蹤程序調(diào)試（223）
9.8.4設(shè)備運(yùn)行（224）
附錄部分函數(shù)的Z變換、拉氏變換表（226）
參考文獻(xiàn)（227）
| 
![K%Y@~0[A]RI0]E5(WR(K50L.png](http://www.9n0q2u.cn/files/105410/2012/866cd525097_m.png)
