计算机控制技术

计算机控制技术
作 者: 俞光昀
出版社: 电子工业出版社
丛编项: 大专、高职院校教材
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标 签: 控制系统
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内容简介

本教材是由高职高专计算机教材编委会征稿,经中国计算机学会教育委员会高职高专学组评 审推荐,由电子工业出版社出版的。本教材共分13章,以微处理器在测量控制中的应用技术为中心,介绍了组成微机测控系统的各个环节。在选材上考虑了适应性(非自控专业读者)、实用性、系统性和完整性。其中 ,第1章到第4章介绍了自动控制系统的基本知识和控制系统中使用的传感器、执行器,目的是 为非自动控制专业的读者提供有关测量和控制方面的必要知识,包括自动控制系统的工作原 理、对计算机控制系统的基本要求、控制系统的分类、连续控制系统的数学模型和传递函数 分析法、传感器和执行器等。已经学过自动控制原理课程的读者可以略去这部分内容。第5 章到第12章介绍了微机测量控制所需的各种技术,包括计算机测量控制系统输入/输出技 术、数据处理技术、抗干扰技术、PID控制技术、复杂控制系统、可编程程序控制器、集散 系统和CIMS系统简介以及微机测量控制系统中使用的先进单片机。第13章介绍了由单片机、 工控机、PLC组成的微机测控系统和数控机床的实例。本教材编写过程中注重物理概念的叙 述,避免复杂的数学推导,力求做到重点突出、通俗易懂、注重实用。本教材由南京师范大学俞光昀担任主编。陈战平编写了第3章、第12章;季菊辉编写了第2章 、第6章、第9章,俞光昀编写了第1章、第4章、第5章、第7章、第8章、第10章、第11章和 第13章。全书由俞光昀统一编排定稿。南京航天航空大学顾宝根教授担任本书的主审,对 本书的初稿进行了认真的修改,并提出了许多宝贵的意见,编者对顾教授的热情帮助?腿险? 指导表示诚挚的感谢。本教材在编写过程中,吸取了许多兄弟院校计算机控制技术教材的优点,得到了许多老师的 帮助,在此一并表示感谢。由于编者水平有限,错误和不足之处在所难免,敬请同行和读者批评指正。

图书目录

第1章计算机控制系统概述

11自动控制系统的工作原理

111自动控制的任务

112反馈控制系统的工作原理

113反馈控制系统的组成

114自动控制系统的类型

12对控制系统的基本要求

121控制系统的典型外作用函数

122闭环控制系统的过渡过程

123闭环控制系统的控制指标

124计算机控制系统的综合控制指标

13计算机控制系统的组成和分类

131计算机控制系统的一般概念

132计算机控制系统的硬件组成

133计算机控制系统的软件组成

134计算机控制系统的分类

小结

习题

第2章连续控制系统的数学模型和传递函数分析法 

2.1被控对象特性的类型

2.1.1有自衡非振荡过程的响应曲线

2.1.2无自衡非振荡过程的响应曲线

2.1.3有自衡振荡过程的响应曲线

2.1.4具有反向特性的过程的响应?擢? 

2.2被控对象特性的一般分析

2.2.1放大系数K0

2.2.2时间常数T0

2.2.3时滞τ

2.3微分方程的建立

2.3.1建立系统微分方程的一般规律

2.3.2建立微分方程的步骤和方法

2.4拉氏变换和传递函数

2.4.1拉氏变换

2.4.2常用函数的拉氏变换表

2.4.3拉氏变换法则

2.4.4从微分方程到传递函数

2.4.5用拉氏反变换求系统或环节的输入响应

2.5方块图及其变换

2.5.1方块图

2.5.2方块图的等效变换

2.6控制系统的阶跃响应

2.6.1一阶系统的阶跃响应

2.6.2二阶系统的阶跃响应

2.7控制系统的稳定性和稳定判据

2.7.1稳定性的基本概念

2.7.2劳斯稳定判据

小结

习题

第3章传感器

3.1传感器概述

3.1.1传感器的作用及组成

3.1.2传感器分类

3.1.3对传感器的主要技术要求

3.1.4不同领域使用的传感器

3.1.5用于机器人的传感器

3.1.6家用设施中使用的传感器

3.1.7医疗卫生保健领域使用的主要传感器

3.2机械量传感器

3.2.1压电传感器 

3.2.2电感式接近传感器

3.2.3光栅位移传感器

3.3热工量传感器 

3.3.1集成温度传感器

3.3.2高分子材料湿度传感器

3.3.3涡流流量传感器

3.4光传感器

3.4.1光电式传感器

3.4.2红外光传感器

3.4.3紫外线传感器

3.5其他传感器

3.5.1气敏传感器

3.5.2超声波传感器

3.5.3霍尔传感器

小结

习题

第4章执行器

4.1执行器概述

4.1.1执行器应具备的主要技术特征

4.1.2执行器的分类及特点

4.2气动执行器

4.2.1气动执行器的基本结构和工作原理

4.2.2气动执行器与计算机的连接

4.3电动执行器

4.3.1伺服电动机

4.3.2步进电机

4.3.3调节阀

4.3.4电磁阀

4.3.5固态继电器

4.4液压执行器

4.5防火、防爆和手动/自动、无扰动切换

4.5.1防爆栅

4.5.2手动/自动、无扰动切换

小结

习题

第5章计算机测量控制系统输入/输出技术

5.1模拟量输入通道

5.1.1输入信号的处理

5.1.2模拟多路开关

5.1.3程控增益放大器

5.1.4采样和采样定理

5.1.5A/D转换器和微处理器的连接

5.2模拟量输出通道

5.2.1模拟量输出通道的结构形式

5.2.2单片D/A转换器和CPU的连接

5.2.3D/A转换器的输出方式

5.2.4D/A转换模板的通用性

5.3开关量输入/输出通道

5.3.1数字量输入接口

5.3.2数字量输出通道

小结

习题

第6章数据处理技术

6.1数字滤波 

6.1.1惯性滤波法

6.1.2算术平均滤波法

6.1.3加权平均滤波法

6.1.4中值滤波法

6.1.5防脉冲干扰平均值法 (复合滤波法)

6.1.6滑动平均滤波法

6.1.7程序判断滤波法

6.2标度变换与线性化处理

6.2.1标度变换

6.2.2线性化处理

6.3查表技术 

6.3.1顺序查表法

6.3.2折半查表法

6.3.3计算查表法

6.4报警处理 

6.4.1越限报警处理

6.4.2声、光和语音报警

小结

习题

第7章微机测控系统抗干扰技术

7.1干扰的来源和传播途径

7.1.1干扰的种类

7.1.2干扰传播途径

7.2干扰抑制的基本原则

7.3干扰抑制技术

7.3.1电源系统的抗干扰措施

7.3.2接地系统的抗干扰措施

7.3.3I/O接口的抗干扰措施

7.3.4输入/输出传输线的抗干扰措施

7.3.5静电和电磁干扰的抑制

7.3.6软件抗干扰措施

小结

习题

第8章数字PID控制

8.1数字PID控制算法

8.1.1连续控制系统的PID控制规律

8.1.2位置式PID算式

8.1.3增量式PID算式

8.1.4PID程序设计时应考虑的若干问题

8.2积分饱和及其抑制

8.2.1积分饱和的原因及其影响

8.2.2积分饱和的抑制

8.3数字PID算法的改进

8.3.1实际微分PID算式

8.3.2带死区的PID算式

8.3.3给定值突变时的改进算法

8.3.4砰砰——PID复合控制

8.4PID调节器参数的整定与在线修改

8.4.1扩充临界比例度法

8.4.2PID参数的在线修改

小结

习题

第9章复杂控制系统

9.1串级控制

9.1.1串级控制原理及优点

9.1.2串级控制系统的确定

9.2比值控制

9.2.1单闭环比值控制

9.2.2双闭环比值控制

9.2.3变比值控制系统

9.2.4串级比值控制系统

9.3前馈控制

9.3.1前馈控制是按扰动进行的开环控制

9.3.2完全补偿的条件

9.3.3前馈反馈控制系统

小结

习题

第10章可编程序控制器 

10.1PLC的工作原理与硬件组成

10.1.1PLC的基本组成部件

10.1.2可编程序控制器的特点

10.1.3可编程序控制器的应用

10.1.4PLC的工作原理

10.1.5PLC的硬件

10.2PLC的编程语言及软件设计

10.2.1梯形图编程语言

10.2.2顺序功能图编程

10.3可编程序控制器控制注塑机

10.3.1注塑机的工艺流?酞í?

10.3.2确定I/O点及分配I/O地址

10.3.3控制系统梯形图

10.3.4梯形图指令表

小结

习题

第11章集散系统和CIMS系统简介 

11.1集散系统

11.1.1系统的主要特点

11.1.2基本组成部件

11.1.3DCS的结构特点

11.1.4DCS的体系结构

11.1.5典型DCS系统简介

11.2计算机集成制造系统(CIMS)简介

11.2.1CIMS追求生产活动的整体优化

11.2.2CIMS的组成

11.2.3CIMS的基础技术

11.2.4CIMS结构

小结

习题

第12章微机测控系统使用的先进单片机

12.1PIC系列单片机

12.1.1PIC单片机的主要特点

12.1.2PIC系列单片机的性能及命名规则

12.1.3PIC单片机的RISC指令系统

12.1.4PIC单片机应用系统开发

12.2Motorola系列单片机

12.2.1Motorola系列单片机的性能及命名规则

12.2.2Motorola系列单片机的主要特点

12.2.3Motorola系列单片机的指令系统及特点

12.2.4Motorola系列单片机应用系统开发

小结

习题

第13章微机测控系统实例 

13.1带LED显示和4×4键盘的4通道电压表

13.1.1系统硬件电路

13.1.2程序框图

13.1.3参考程序

13.2电饭煲的模糊控制

13.2.1烧饭的工艺过程

13.2.2硬件电路

13.2.3软件设计

13.3高档PLC电厂输煤程控系统

13.3.1系统要求

13.3.2PLC选择

13.3.3系统结构

13.3.4上位机

13.3.5系统组态图

13.4数控机床

13.4.1车床数字控制器的主要任务

13.4.2逐点比较法插补原理

13.4.3数字控制中其他一些重要概念

13.5锅炉微机控制系统

13.5.1锅炉工艺流程简介

13.5.2锅炉微机控制的任务及实现

13.5.3系统硬件配置

13.5.4系统软件

小结

习题

参考文献`