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第1章 计算机控制系统概述 1

1.1 计算机控制系统特征与组成 1

1.1.1 计算机控制系统的特征 1

1.1.2 计算机控制系统的工作原理和工作方式 3

1.1.3 计算机控制系统的硬件结构 4

1.1.4 计算机控制系统的软件结构 5

1.2 计算机控制系统的分类 5

1.2.1 操作指导控制系统 6

1.2.2 直接数字控制系统 6

1.2.3 监督计算机控制系统 7

1.2.4 集散控制系统 7

1.2.5 现场总线控制系统 8

1.2.6 综合自动化系统 9

1.3 计算机控制系统的数学模型 9

1.4 计算机控制的发展 11

1.4.1 计算机控制系统的发展过程 11

1.4.2 计算机控制系统理论的发展概况 12

1.4.3 计算机控制系统的发展趋势 15

习题1 16

第2章 工业控制计算机 17

2.1 工控机 17

2.1.1 IPC的组成与特点 17

2.1.2 IPC的内部总线 20

2.1.3 IPC的外部总线 24

2.1.4 IPC的输入/输出模板 30

2.1.5 IPC的主要产品 32

2.2 可编程控制器 36

2.2.1 可编程控制器的基本结构 37

2.2.2 可编程控制器的分类与特点 39

2.2.3 可编程控制器的主要产品 41

2.3 嵌入式系统 43

2.3.1 嵌入式系统的组成与特点 43

2.3.2 典型的嵌入式微处理器 47

2.3.3 典型的嵌入式微控制器 50

习题2 51

第3章 输入输出接口与信息通道技术 52

3.1 数字量输入输出通道 52

3.1.1 数字量输入输出接口技术 52

3.1.2 数字量输入通道 53

3.1.3 数字量输出通道 54

3.2 模拟量输入通道 55

3.2.1 模拟量输入通道的组成 56

3.2.2 信号调理 56

3.2.3 多路转换器 57

3.2.4 前置放大器 58

3.2.5 采样保持器 60

3.2.6 常用的A/D转换器 61

3.2.7 A/D转换器接口设计 65

3.2.8 模拟量输入通道设计 68

3.3 模拟量输出通道 70

3.3.1 模拟量输出通道的结构形式 70

3.3.2 常用的D/A转换器 71

3.3.3 D/A转换器的接口技术 73

3.3.4 D/A转换器的输出形式 75

3.3.5 V/I变换 76

3.3.6 D/A转换通道设计 77

3.4 人-机交互通道 79

3.4.1 键盘接口 79

3.4.2 显示器接口 81

习题3 86

第4章 计算机控制系统抗干扰技术 88

4.1 计算机控制系统主要干扰分析 88

4.1.1 干扰的来源 88

4.1.2 干扰的传播途径 89

4.1.3 过程通道中的干扰 90

4.2 过程通道中的抗干扰技术 91

4.2.1 串模干扰的抑制 91

4.2.2 共模干扰的抑制 92

4.2.3 长线传输干扰的抑制 93

4.3 接地技术 95

4.3.1 地线系统分析 95

4.3.2 计算机控制系统输入环节的接地 97

4.3.3 主机系统的接地 97

4.4 供电技术 98

4.4.1 交流电源环节的抗干扰技术 99

4.4.2 直流电源环节的抗干扰技术 99

习题4 100

第5章 数字控制技术 101

5.1 数字控制系统 101

5.1.1 数字控制系统的组成 101

5.1.2 数字控制原理 102

5.1.3 数字控制系统的分类 102

5.1.4 伺服控制系统 104

5.2 逐点比较法插补原理 105

5.2.1 逐点比较法直线插补 105

5.2.2 逐点比较法圆弧插补 108

5.3 步进电机的伺服控制技术 110

5.3.1 开环步进伺服系统的构成 110

5.3.2 步进电机的工作原理 111

5.3.3 步进电机的工作方式 113

5.3.4 步进电机IPC控制技术 113

5.3.5 步进电机单片机控制技术 116

5.4 直流伺服电机的伺服控制技术 118

5.4.1 直流伺服电动机的基本结构和工作原理 118

5.4.2 直流伺服电机的驱动与控制 119

习题5 121

第6章 常规及复杂控制技术 122

6.1 数字控制器的模拟化设计 122

6.1.1 数字控制器的模拟化设计步骤 122

6.1.2 数字PID控制器 123

6.1.3 数字PID控制器的改进 126

6.1.4 数字PID控制器参数的整定 129

6.2 数字控制器的离散化设计 132

6.2.1 数字控制器的离散化设计步骤 132

6.2.2 最少拍控制器设计 133

6.2.3 最少拍无纹波控制器设计 138

6.3 纯滞后控制技术 140

6.3.1 大林算法 140

6.3.2 Smith预估控制 144

6.4 串级控制技术 147

6.4.1 串级控制的结构和原理 147

6.4.2 数字串级控制算法 148

6.5 前馈-反馈控制技术 149

6.5.1 前馈-反馈控制的结构 149

6.5.2 数字前馈-反馈控制算法 150

6.6 解耦控制技术 151

6.6.1 解耦控制的原理 151

6.6.2 数字解耦控制算法 153

习题6 154

第7章 计算机控制系统软件设计技术 156

7.1 软件设计方法与监控组态软件概述 156

7.1.1 常用的软件设计方法 156

7.1.2 计算机控制系统的应用软件 158

7.1.3 监控组态软件 160

7.2 测量数据预处理技术 163

7.2.1 系统误差的自动校准 163

7.2.2 线性化处理 164

7.2.3 标度变换 166

7.2.4 插值算法 168

7.2.5 越限报警处理 169

7.3 软件抗干扰技术 170

7.3.1 数字滤波技术 170

7.3.2 输入输出数字量的软件抗干扰技术 174

7.3.3 指令冗余技术 174

7.3.4 软件陷阱技术 174

7.4 数字PID控制器的工程实现 175

7.4.1 给定值处理 175

7.4.2 被控量处理 176

7.4.3 偏差处理 176

7.4.4 控制算法的实现 177

7.4.5 控制量处理 178

7.4.6 自动/手动切换处理 179

习题7 180

第8章 先进控制技术 181

8.1 模糊控制技术 181

8.1.1 模糊控制的数学基础 181

8.1.2 模糊控制的基础理论 183

8.1.3 模糊控制的基本原理 184

8.1.4 模糊控制器的设计 186

8.2 神经网络控制技术 189

8.2.1 神经网络的基本原理和结构 189

8.2.2 神经网络控制 192

8.3 预测控制技术 194

8.3.1 基本理论 195

8.3.2 动态矩阵控制 198

8.4 机器学习 201

8.4.1 机器学习的基本概念 201

8.4.2 机器学习的分类 202

8.4.3 机械式学习 203

8.4.4 指导式学习 204

习题8 205

第9章 工业控制网络技术 206

9.1 工业控制网络概述 206

9.1.1 企业的信息化与自动化 206

9.1.2 工业控制网络的特点 207

9.1.3 控制网络的类型 207

9.2 控制网络的技术基础 208

9.2.1 网络拓扑结构 208

9.2.2 介质访问控制技术 209

9.2.3 差错控制技术 211

9.2.4 网络协议及其层次结构 212

9.2.5 TCP/IP参考模型概述 216

9.3 工业以太网 217

9.3.1 工业以太网与以太网 217

9.3.2 以太网的优势 218

9.3.3 工业以太网的关键技术 219

9.3.4 常用的工业以太网协议 222

9.4 集散控制系统 222

9.4.1 DCS概述 222

9.4.2 DCS的分散过程控制级 224

9.4.3 DCS的集中操作监控级 226

9.4.4 DCS的综合信息管理级 226

9.5 现场总线控制系统 227

9.5.1 现场总线技术概述 227

9.5.2 典型的现场总线 230

9.5.3 FCS的体系结构 234

9.5.4 开放现场控制系统集成桥梁 235

9.6 综合自动化系统 238

9.6.1 流程工业综合自动化体系结构 238

9.6.2 流程工业MES 240

9.7 物联网技术 241

9.7.1 物联网的基本架构 241

9.7.2 物联网在工业领域中的应用 242

9.8 工业4.0技术 244

9.8.1 工业4.0概述 244

9.8.2 信息物理系统 245

9.8.3 智能工厂与智能生产 246

9.8.4 中国制造2025 247

习题9 247

第10章 计算机控制系统设计与实现 248

10.1 系统设计的原则与过程 248

10.1.1 系统设计的原则 248

10.1.2 系统设计的过程 249

10.2 系统的设计与实现 251

10.2.1 初步设计 251

10.2.2 硬件的详细设计 252

10.2.3 软件的详细设计 254

10.2.4 系统的运行调试 256

10.3 电热油炉温度自动控制系统设计 258

10.3.1 控制任务与工艺要求 258

10.3.2 硬件系统详细设计 259

10.3.3 PID算法及参数整定 264

10.3.4 软件设计 264

10.4 换热站监控系统设计 267

10.4.1 换热站的运行原理与控制要求 267

10.4.2 换热站监控系统总体设计 268

10.4.3 换热站监控系统硬件设计 269

10.4.4 换热站监控系统软件设计 270

10.5 TM11型三维步进电机直线运动平台PLC控制系统设计 272

10.5.1 TM11型三维步进电机直线运动平台的组成 272

10.5.2 控制系统总体设计 272

10.5.3 控制系统硬件设计 273

10.5.4 控制系统软件设计 274

10.6 基于视觉导航的智能车控制系统设计 276

10.6.1 系统设计要求 276

10.6.2 基于视觉导航的智能车控制系统总体设计 276

10.6.3 基于视觉导航的智能车控制系统硬件设计 276

10.6.4 算法设计 281

参考文献 284

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