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中图法分类:自动化技术、计算技术
图书名称:计算机控制技术及其应用
出版日期:2012-01-01
作者:丁建强、任晓、卢亚平
Isbn:9787302274902
定价:35.00
开本:16
页数:23.50
字数:589
装帧:平装
丛书名:新坐标大学本科电子信息类专业系列教材
  • 简介
  • 本书分为基础篇、技术篇和应用篇,基础篇介绍了计算机控制系统的理论基础,包括系统数学模型的描述方法、连续系统分析设计方法的回顾、离散系统的分析、数字控制器的设计与实现等内容。技术篇介绍了工业控制计算机及其接口技术、过程通道技术、可靠性和抗干扰技术、控制系统中的软件技术——组态软件,并集成了计算机控制系统许多关键技术的集散控制系统DCS。应用篇介绍了计算机控制技术应用的具体模式和实例,包括计算机控制系统的多种解决方案及案例分析,计算机控制技术在简单过程控制和流程工业自动化中的应用实例。为方便教学和自学,所有章节都有小结,配有思考题与习题。
      本书可作为电子信息科学与技术、计算机科学与技术、电子信息工程、电气工程及自动化、测控技术与仪器等专业的教材和有关工程技术人员的参考资料。本书作为精品课程建设的组成部分,提供了开放的网络资源,包括教学课件(PPT)、参考资料和有关思考题与习题的指导信息,以便于广大师生使用。
  • 前言
  • 计算机控制技术已成为信息时代推动自动化发展的重要动力。对于电气、电子、自动化和计算机应用等专业的学生,计算机控制技术已成为一门重要的专业课程。作者根据多年计算机控制技术的教学和应用实践经验,在汲取同类书籍优点的基础上,以突出系统性、新颖性、应用性和适用性为特色,编写了本书。
      本书分为基础篇、技术篇和应用篇,分别介绍了与计算机控制系统相关的基本理论、主要技术和工程应用,通过控制系统的结构、控制过程、控制目标规则、控制效果等基本问题,揭示计算机控制系统中的原理、技术和应用之间的内在联系。
      基础篇包括第1章概述、第2章计算机控制系统的理论基础、第3章数字控制器的设计与实现。技术篇包括第4章控制系统中的计算机及其接口技术、第5章计算机控制系统中的过程通道、第6章控制系统的可靠性与抗干扰技术、第7章控制系统的组态软件、第8章集散控制系统。应用篇包括第9章计算机控制系统的解决方案、第10章计算机控制技术在简单过程控制中的应用、第11章计算机控制技术在流程工业自动化中的应用。
      基础篇介绍了计算机控制系统的理论基础,包括系统数学模型的描述方法、连续系统分析设计方法的回顾、离散系统的分析、数字控制器的设计与实现。其中着重介绍了数字控制器的近似设计法和解析设计法——离散化方法和最少拍随动系统的设计以及工业上最常用的数字PID控制算法及参数整定方法。
      技术篇是本书的重点内容,主要介绍了各种计算机控制技术,包括工业控制计算机及其接口技术、过程通道技术、可靠性与抗干扰技术、控制系统中的软件技术——组态软件以及集成了计算机控制系统许多关键技术的集散控制系统。
      应用篇介绍了计算机控制技术应用的具体模式和实例,包括计算机控制系统的多种解决方案及案例分析,介绍了计算机控制技术在简单过程控制中的应用,并结合国内自动控制领域的著名企业——浙江中控的典型产品和项目,介绍计算机控制技术在流程工业自动化中的应用实例。
      本书结合智能传感器和智能执行器技术、嵌入式计算机技术、控制网络技术、现场总线技术的发展成果,注重介绍新技术、新器件和新方法,力求所介绍的知识内容具有长久的生命力。
      本书介绍多种控制系统的解决方案及案例,结合教学实验,介绍控制系统组态软件及应用方法,力图贴近工程应用,拉近教学课堂与生产应用的距离,彰显“学以致用”。
      本书兼顾不同专业的需求,以适应教学要求。鉴于计算机控制技术的广泛应用,许多专业都将该课程作为专业课,如电子信息科学与技术、计算机科学与技术、电子信息工程、电气工程及自动化、测控技术与仪器等专业,考虑到不同专业的特点,书中适当补充自动控制理论、计算机接口技术、网络技术、传感器技术、检测技术、人机交互技术、可靠性技术等最基本的内容,能适应多个专业的教学要求。
      本书作为精品课程建设的组成部分,提供公开的网络资源,包括各章的教学课件、参考资料和思考题与习题的指导信息,可参见网址http://tec.suda.edu.cn中有关精品课程的链接。
      丁建强老师负责全书的统稿,并编写第1章至第6章、第9章; 任晓老师参加编写第4章至第7章、第10章、第11章; 卢亚平老师编写第7章、第8章、第10章、第11章。
      在编写过程中,参考了大量同类书籍、文献资料及工业自动化产品的技术手册,受益匪浅,在此对相关作者表示敬意和感谢。另外,在编写过程中,国内自动控制领域的著名企业——浙江中控给予了大力支持,提供了丰富的应用案例资料,并在与其共建的计算机控制技术实验室中完成了大量的教学实验,在此表示诚挚的感谢。
      由于作者水平有限,书中难免还有不足之处和错误,敬请广大读者批评指正。
      编者
  • 目录
  • 基础篇——溯本而求源,温故而知新

    第1章概述

    1.1自动控制的基本概念

    1.1.1自动控制的引例

    1.1.2自动控制中的基本问题

    1.2计算机控制系统

    1.2.1计算机控制系统的结构

    1.2.2计算机控制系统的分类

    1.2.3计算机控制技术及其发展

    1.3课程的研究内容和学习方法

    1.3.1研究内容

    1.3.2学习方法

    本章小结

    思考题与习题

    第2章计算机控制系统的理论基础

    2.1控制系统的数学模型

    2.1.1控制系统的描述方法

    2.1.2用微分方程表示的系统模型

    2.1.3用脉冲响应表示的系统模型

    2.1.4拉普拉斯变换

    2.1.5用传递函数表示的系统模型

    2.1.6系统的方框图

    2.1.7状态空间概念和模型框图

    2.2连续系统的分析和设计

    2.2.1连续系统的性能指标

    2.2.2连续系统的分析和设计方法回顾

    2.3离散系统的描述方法

    2.3.1离散系统与连续系统的关系

    2.3.2采样过程和采样定理

    2.3.3序列和差分方程

    2.3.4用脉冲响应表示的离散系统模型

    2.3.5z变换及其性质

    2.3.6脉冲传递函数

    2.3.7离散系统的状态空间描述

    2.3.8离散系统的其他描述方法

    2.4离散系统的分析

    2.4.1s平面和z平面之间的映射

    2.4.2稳定性分析

    2.4.3静态误差分析

    2.4.4动态特性分析

    本章小结

    思考题与习题

    第3章数字控制器的设计与实现

    3.1数字控制器的设计方法

    3.1.1近似设计法

    3.1.2解析设计法

    3.2离散化方法

    3.2.1积分变换法

    3.2.2零极点匹配法

    3.2.3等效变换法

    3.2.4离散化方法比较

    3.3PID控制

    3.3.1PID控制的原理

    3.3.2数字PID控制算法

    3.3.3数字PID控制的参数整定

    3.4最少拍随动系统

    3.4.1最少拍随动系统的原理

    3.4.2最少拍随动系统的设计

    3.4.3最少拍无纹波随动系统的设计

    3.5控制算法的实现

    3.5.1实现框图与算法

    3.5.2串行实现与并行实现

    本章小结

    思考题与习题

    技术篇——工欲善其事,必先利其器

    第4章控制系统中的计算机及其接口技术

    4.1工业控制计算机

    4.1.1工业控制计算机的特点和结构

    4.1.2嵌入式系统与单片机

    4.1.3典型工业控制计算机的产品

    4.2控制系统中的接口技术

    4.2.1接口与总线

    4.2.2并行接口

    4.2.3串行接口

    4.2.4现场总线

    4.3控制系统中的人机交互技术

    4.3.1人机交互及其要求

    4.3.2人机交互的设计技术

    4.4工业控制计算机软件系统简介

    4.4.1系统软件

    4.4.2应用软件

    本章小结

    思考题与习题

    第5章计算机控制系统中的过程通道

    5.1传感器与执行器

    5.1.1传感器与变送器

    5.1.2IEEE 1451智能变换器标准

    5.1.3执行器及其分类

    5.1.4伺服电机和步进电机

    5.1.5变频器与电动执行器

    5.2输入通道

    5.2.1控制系统中的信号种类及特点

    5.2.2数字量信号处理方式

    5.2.3模拟量信号及处理方式

    5.2.4数据采集的原理和实现

    5.3输出通道

    5.3.1输出通道的基本结构

    5.3.2输出通道中的开关信号驱动

    5.3.3输出通道中的模拟信号驱动

    5.3.4电机控制

    本章小结

    思考题与习题

    第6章控制系统的可靠性与抗干扰技术

    6.1可靠性与抗干扰技术的基本概念

    6.1.1可靠性的概念

    6.1.2电磁兼容性

    6.1.3噪声的分类和耦合方式

    6.1.4控制系统可靠性设计的基本途径

    6.2硬件的可靠性与抗干扰技术

    6.2.1元器件与系统结构

    6.2.2滤波与去耦电路

    6.2.3隔离与屏蔽技术

    6.2.4电源干扰的抑制与接地技术

    6.2.5停电保护和热插拔技术

    6.2.6Watchdog技术

    6.2.7印制板的抗干扰措施

    6.3软件的可靠性与抗干扰技术

    6.3.1存储空间分配和程序结构的设计

    6.3.2数字滤波技术

    6.3.3数据的检错和纠错

    6.3.4开机自检与故障诊断

    本章小结

    思考题与习题

    第7章控制系统的组态软件

    7.1工控组态软件概述

    7.1.1组态软件及其特点

    7.1.2组态软件的功能

    7.2MCGS组态软件

    7.2.1MCGS组态软件特点和组成

    7.2.2MCGS工程构成

    7.2.3MCGS组态过程

    本章小结

    思考题与习题

    第8章集散控制系统

    8.1DCS的产生与发展

    8.1.1DCS的产生

    8.1.2DCS的发展

    8.2DCS的体系结构

    8.2.1DCS的分层结构

    8.2.2DCS的核心部件

    8.2.3DCS的通信网络

    8.3DCS组态软件

    8.3.1功能和特点

    8.3.2编程语言和系统监控

    8.4WebField JX300XP控制系统

    8.4.1概述

    8.4.2JX300XP系统的组成

    8.4.3JX300XP系统的硬件

    8.4.4JX300XP系统的软件

    本章小结

    思考题与习题

    应用篇——学以致用,用学相长

    第9章计算机控制系统的解决方案

    9.1基于嵌入式系统的解决方案

    9.1.1组成和特点

    9.1.2案例1——由嵌入式系统控制的全自动洗衣机

    9.2基于智能控制仪表的解决方案

    9.2.1组成和特点

    9.2.2案例2——基于智能控制仪表的电阻炉温度控制系统

    9.3基于可编程逻辑控制器的解决方案

    9.3.1组成和特点

    9.3.2案例3——PLC控制的工业洗衣机

    9.4基于分布式数据采集与控制模块的解决方案

    9.4.1组成和特点

    9.4.2案例4——潮流水槽计算机检测与控制系统

    9.5基于可编程自动化控制器的解决方案

    9.5.1组成和特点

    9.5.2案例5——PAC在桥梁健康检测系统中的应用

    本章小结

    思考题与习题

    第10章计算机控制技术在简单过程控制中的应用

    10.1实例1——水箱液位控制

    10.1.1被控对象和控制方案

    10.1.2硬件组成

    10.1.3组态过程

    10.1.4PID参数整定过程

    10.2实例2——锅炉温度控制

    10.2.1被控对象和控制方案

    10.2.2硬件组成

    10.2.3组态过程

    10.2.4PID算法设计

    本章小结

    思考题与习题

    第11章计算机控制技术在流程工业自动化中的应用

    11.1DCS在循环流化床锅炉中的应用

    11.1.1工艺介绍

    11.1.2系统设计

    11.1.3系统组态

    11.1.4控制流程

    11.1.5系统运行

    11.2DCS在大中型氮肥装置中的应用

    11.2.1工艺介绍

    11.2.2系统设计

    11.2.3系统组态

    11.2.4控制流程

    11.2.5系统运行

    本章小结

    思考题与习题

    附录有关工业自动化产品及企业网址

    参考文献
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