计算机控制系统 pdf下载

　　《计算机控制系统（第2版）/普通高等教育“十二五”规划教材》内容覆盖了工业控制计算机、输入/输出接口与过程通道技术、计算机控制系统的理论基础、计算机控制算法、计算机控制软件技术与工控组态软件、分布式计算机控制系统、计算机控制系统设计与实现等。该书还将MATLAB/Simulink用于计算机控制系统的分析和控制器的设计，以引导读者能按理论分析、仿真研究、工程设计与实现等步骤，循序渐进地进行计算机控制系统的分析、设计和实现。
　　该书是作者在总结近年的教学和科研成果的基础上，结合计算机控制技术的发展和课程教学内容的改革要求，在第1版的基础上编写而成。
　　《计算机控制系统（第2版）/普通高等教育“十二五”规划教材》可供自动化类、电气工程类、电子信息类、机械工程类等专业学生作为教材使用，也可供工程技术人员阅读参考。

前言

第1章 绪论
1．1 计算机控制系统概述
1．1．1 一般概念
1．1．2 系统的组成
1．1．3 系统的典型结构
1．2 计算机控制系统实例简介
1．2．1 计算机过程控制系统
1．2．2 计算机运动控制系统
1．3 计算机控制系统性能
1．3．1 系统性能指标
1．3．2 控制对象对控制性能的影响
1．4 计算机控制系统的发展概况与趋势
1．4．1 发展概况
1．4．2 发展趋势
思考题与习题

第2章 输入/输出接口与过程通道技术
2．1 输入/输出过程通道概述
2．2 模拟量输入通道
2．2．1 信号调理
2．2．2 多路转换开关
2．2．3 可编程增益放大器
2．2．4 采样保持器
2．2．5 A/D转换器
2．2．6 模拟量输入通道设计举例
2．3 模拟量输出接口与通道
2．3．1 模拟量输出通道
2．3．2 D/A转换器及其接口
2．3．3 电压/电流转换器
2．4 数字量（开关量）输入/输出通道
2．4．1 数字量（开关量）输入/输出通道概述
2．4．2 数字量（开关量）输入通道
2．4．3 数字量（开关量）输出通道
2．5 过程通道的抗干扰与可靠性设计
2．5．1 干扰源与干扰的耦合
2．5．2 过程通道抗干扰措施
2．6 测量数据的预处理
2．6．1 数字滤波
2．6．2 其他数据预处理
思考题与习题

第3章 工业控制计算机
3．1 工业控制计算机的特点与组成结构
3．1．1 工业控制计算机的特点
3．1．2 工业控制计算机的组成结构和分类
3．2 工业控制计算机的总线结构
3．2．1 总线结构概述及分类
3．2．2 常用总线
3．3 总线型工业控制计算机
3．3．1 IPC工业控制机
3．3．2 DCS现场控制站
思考题与习题

第4章 计算机控制系统的理论基础
4．1 信号的采样与保持
4．1．1 采样过程
4．1．2 采样过程的数学描述及特性分析
4．1．3 信号保持
4．1．4 采样定理
4．2 Z变换理论
4．2．1 Z变换定义
4．2．2 Z变换性质
4．2．3 Z变换方法
4．2．4 Z反变换
4．3 计算机控制系统的数学描述
4．3．1 差分方程及其求解
4．3．2 脉冲传递函数
4．4 计算机控制系统的分析
4．4．1 计算机控制系统的稳定性分析
4．4．2 计算机控制系统的稳态误差分析
4．4．3 计算机控制系统的性能指标
4．5 连续系统的离散化
4．5．1 连续系统的离散化方法及特点
4．5．2 MATLAB在连续域-离散域变换中的应用
4．5．3 采样周期及保持器对离散系统的影响
思考题与习题

第5章 数字PID控制算法
5．1 准连续PID控制算法
5．1．1 模拟PID调节器
5．1．2 基本数字PID控制
5．2 数字PID控制的改进
5．2．1 积分项的改进
5．2．2 微分项的改进
5．2．3 其他改进算法
5．3 数字PID参数的整定
5．3．1 PID控制器参数对控制性能的影响
5．3．2 控制周期的选取
5．3．3 PID控制参数的工程整定法
5．3．4 PID控制参数的自整定法
5．4 数字PID控制器的工程实现
5．4．1 给定值处理
5．4．2 被控量处理
5．4．3 偏差处理
5．4．4 PID计算
5．4．5 控制量处理
5．4．6 自动/手动切换
5．4．7 无扰动切换
5．4．8 PID控制块参数表
5．5 MATLAB在数字PID控制器设计中的应用
5．5．1 PID控制算法的M文件编写
5．5．2 利用Simulink设计数字PID控制器
思考题与习题

第6章 复杂控制算法
6．1 数字控制器设计原理
6．2 最小拍控制系统的设计
6．2．1 最小拍控制原理
6．2．2 最小拍控制器设计的稳定性问题
6．2．3 无纹波最小拍控制系统设计
6．2．4 有限拍控制
6．2．5 惯性因子法
6．3 纯滞后控制
6．3．1 施密斯预估控制
6．3．2 大林算法
6．4 常用多回路控制
6．4．1 串级控制
6．4．2 前馈-反馈控制
6．5 模型预测控制
6．5．1 模型预测控制的基本原理
6．5．2 模型算法控制
6．5．3 动态矩阵控制
6．5．4 预测控制软件包
6．6 模糊控制
6．6．1 模糊控制概述
6．6．2 模糊控制的数学基础
6．6．3 模糊控制系统的结构与原理
6．6．4 模糊控制器的设计步骤与方法
6．6．5 模糊控制器的改进
6．6．6 MATLAB在模糊控制器设计中的应用
思考题与习题

第7章 计算机控制系统的软件设计
7．1 计算机控制系统软件概述
7．1．1 系统软件的组成
7．1．2 系统软件的功能
7．2 实时数据库技术
7．2．1 数据库技术概述
7．2．2 计算机控制系统中的实时数据库
7．2．3 实时数据库的设计
7．2．4 实时数据库的实例
7．3 计算机控制系统的软件设计
7．3．1 应用软件设计的需求
7．3．2 操作系统的选择
7．3．3 应用程序开发平台
7．3．4 实时数据库的选择
7．3．5 应用软件的构建
7．3．6 应用软件编程的基本方法
7．3．7 实时控制程序的结构设计
7．4 工控组态软件
7．4．1 工控组态软件概述
7．4．2 工控组态软件的组成与特点
7．4．3 工控组态软件开发及调试
7．4．4 用工控组态软件构建应用控制软件的基本步骤
思考题与习题

第8章 分布式计算机控制系统
8．1 分布式计算机控制系统概述
8．1．1 系统的基本组成
8．1．2 系统的特点
8．1．3 系统的发展
8．2 分布式控制系统（DCS）的体系结构
8．2．1 DCS的层次结构
8．2．2 DCS的硬件结构
8．2．3 DCS的软件结构
8．2．4 DCS的网络结构
8．2．5 DCS实例
8．3 分布式控制系统基本类型
8．3．1 集散型控制系统
8．3．2 集散型控制系统存在的问题及发展趋势
8．3．3 基于IPC构成的分布式控制系统
8．3．4 基于PLC构成的分布式控制系统
8．4 现场总线控制系统
8．4．1 现场总线概述
8．4．2 基金会现场总线
8．4．3 过程现场总线
8．4．4 LonWorks总线
8．4．5 HART通信协议
8．4．6 CAN总线
8．4．7 现场总线控制系统设计
8．5 基于工业以太网和现场总线的分布式控制系统
8．5．1 工业以太网技术
8．5．2 基于工业以太网和现场总线构成的分布式控制系统
思考题与习题

第9章 计算机控制系统设计与实现
9．1 系统设计的原则与步骤
9．1．1 系统设计的原则
9．1．2 系统设计的步骤
9．2 计算机控制系统的可靠性技术
9．2．1 控制系统的抗干扰设计
9．2．2 控制系统的软件可靠性设计
9．2．3 控制系统的冗余设计
9．2．4 自动/手动切换
9．3 基于工业PC的计算机测控系统设计实例
9．3．1 系统方案设计
9．3．2 系统硬件设计
9．3．3 系统软件设计
9．4 基于网络结构的计算机测控系统设计实例1
9．4．1 系统方案设计
9．4．2 系统网络结构设计
9．4．3 系统硬件设备选型与设计
9．4．4 系统软件设计及系统组态
9．5 基于网络结构的计算机测控系统设计实例2
9．5．1 控制功能要求
9．5．2 FSSS控制功能
9．5．3 CCS控制功能
9．5．4 MCS功能
9．5．5 第三方设备/系统通信站的冗余设计
9．5．6 系统配置
9．6 带材纠偏计算机控制系统设计实例
9．6．1 控制功能要求与方案设计
9．6．2 硬件设计方案
9．6．3 软件设计方案
9．6．4 系统数学模型与控制算法
思考题与习题
参考文献

　　随着微电子、自动控制、计算机硬件与软件、传感器与检测、计算机通信与网络等技术的发展，计算机控制技术和应用也得到了快速发展。计算机控制系统已经广泛地应用于工业、国防和民用的各个领域，尤其是成为现代工业和现代国防不可缺少的重要组成部分。计算机控制系统或计算机控制技术已经成为我国高等学校自动化类、电气工程类、电子信息类、机械工程类等专业的主干专业课或主要选修课之一。
　　本书的作者长期从事计算机控制的教学、科研和技术开发，深深感到计算机控制的教学内容需要随着控制技术、计算机硬件、软件和网络通信技术的发展而不断地更新。本书第1版自2008年出版以来，经过4年的教学实践，承蒙广大读者的支持和鼓励，提出了不少宝贵的意见和建议。第2版基本保持了第1版的内容体系，在总结近年教学实践的基础上，吸纳了任课教师和学生的意见和建议，对部分章节内容进行了增删，通过对工程应用项目的提炼，增强了计算机控制应用系统的相关内容，并订正了一些文字错误。
　　本书内容的选取体现了系统性、先进性、实用性和工程性，内容覆盖了工业控制计算机、输入／输出接口与过程通道技术、计算机控制算法、计算机控制软件技术与工控组态软件、分布式计算机控制系统、计算机控制系统设计与实现等。本书将MATLAB/Simulink用于计算机控制系统的分析和控制器设计，以引导读者能按理论分析、仿真研究、工程设计与实现等步骤，循序渐进地进行计算机控制系统的分析、设计和实现。
　　全书共9章，主要内容如下：
　　第1章是绪论，主要包括计算机控制系统的组成及典型结构、计算机控制系统实例、计算机控制系统性能要求、计算机控制系统的发展概况及趋势。
　　第2章是输入／输出接口与过程通道技术，主要包括模拟量输入／输出通道、数字量（开关量）输入／输出通道、信号调理、过程通道的抗干扰与可靠性设计，测量数据的预处理等内容。
　　第3章是工业控制计算机，主要包括工业控制计算机的特点和系统结构、工业控制计算机的总线结构及总线型工控机。对IPC（工业控制机）和DCS现场工作站进行了较深入的讨论，为计算机控制系统的设计选型打下了较好的基础。
　　第4章是计算机控制系统的理论基础，主要包括Z变换理论、计算机控制系统的数学描述、系统分析以及连续系统的离散化。本章将为尚未学习采样控制系统理论的读者提供必要的基础。
　　第5章是数字PID控制算法，这是应用广泛的实用工业控制策略。主要包括基本数字PID控制算法及其各种改进算法、PID参数整定、数字PID控制器的工程实现、MATLAB/Simulink在数字PID控制器设计中的应用。对上述各种PID算法的分析均有MATLAB仿真程序或框图相对应，以便读者验证和参考。
　　第6章是复杂控制算法，主要包括数字控制器设计原理、最小拍控制及其改进算法、施密斯预估控制、大林预估控制、串级控制、前馈.反馈控制、模型预测控制和模糊控制等。这些控制策略是针对不同的被控对象和控制要求而提出的，在实际工业控制中已有不少应用。因篇幅有限，本章仅讨论了这些控制算法的基本形式，以期为复杂控制策略的进一步深入研究和应用奠定基础。第7章是计算机控制系统的软件设计，主要包括计算机控制系统软件的组成和功能、实时数据库技术、系统的软件设计和工业控制组态软件。根据工业控制计算机系统的软件设计要求，对操作系统、开发平台和实时数据库的选择、应用软件构建和编程、实时控制程序的结构进行了系统讨论，概要地介绍了工控组态软件的开发、调试及运行。
　　第8章是分布式计算机控制系统，主要包括分布式计算机控制系统（DCS）的体系结构，典型的DCS系统、基于IPC的分布式控制系统、基于PLC的分布式控制系统、典型的现场总线及通信协议、基于工业以太网和现场总线的控制系统。
　　第9章是计算机控制系统设计与实现，主要包括计算机控制系统的设计原则与步骤，计算机控制系统的可靠性技术，讨论了生物发酵过程控制、污水处理过程控制、火电厂发电机组的热工过程控制、带材纠偏控制等4个典型计算机控制系统的设计实例。
　　陈雪亭副教授、孔亚广副教授、黄国辉高级工程师参与了第2版的修订工作，全书由刘士荣教授统稿。陈德传教授级高工提供了相关应用实例的素材，在此表示衷心感谢。
　　本书在编写过程中，引用了参考文献所列的论著、教材和论文的有关内容，在此谨向这些作者表示衷心感谢。
　　本教材配有电子课件，可供选择该教材的教师在教学时使用。采用电子课件教学的学时数约为50学时，内容可根据教学要求取舍。
　　由于作者水平有限，缺点和不足在所难免，敬请读者批评指正。