计算机控制技术 理论、方法与应用 微课视频版
作 者:卢亚平,丁建强,任晓 编
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定 价:69
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出 版 社:清华大学出版社
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出版日期:2023年12月01日
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页 数:384
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装 帧:平装
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ISBN:9787302649595
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" 实用性强：本书介绍了多种控制系统的解决方案及案例，如：基于智能仪表的水箱液位控制实验案例、基于分布式I/O模块的锅炉温度控制实验案例、基于DCS控制系统的流量比值控制实验案例等，有效回升学生学科认知，实现实践认知循环，案例贴近工程应用，拉近教学课堂与实践应用的距离，彰显“学以致用”。
资源丰富：信息时代获取知识的途经越来越多，知识的表现形式越来越丰富，为方便学生的自主学习，提高学习效率，加快高等教育数字化教学转型的需要，本书制作成新形态教材，建设丰富的线上教育教学资源库，包括有教学大纲、微课视频、教学课件、习题解答等资源。
结构合理：本书从理论、方法与应用三方面来建设，充分体现“工学结合、知行合一”的行动教学特点。实现以实践的行动内容为主，理论的学科内容为辅，由知识储备转变为知识应用的教材模式。"
![内容简介]()
本书分为基础篇、技术篇和应用篇，分别介绍计算机控制系统的基本理论、主要技术和工程应用。基础篇介绍了计算机控制系统的理论基础(包括控制系统的数学模型、连续系统的分析和设计、离散系统的描述方法)及数字控制器的设计与实现等内容。技术篇介绍了控制系统中的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，所有章节都有本章知识点、思考题与习题，并且书中配有一些项目和案例应用，可加强读者对知识点的掌握。本书作为精品课程建设的组成部分，按新形态教材的要求建设，提供了丰富的网络资源，包括教学课件、微课视频和习题解答等。
本书可作为电子信息科学与技术、计算机科学与技术、null
![作者简介]()
卢亚平：机器人教研室主任，昆山市智能制造技能大师工作室领衔人。长期从事工业机器人、过程控制等领域的教学和科研工作。2012年编写了“新坐标大学本科电子信息类专业系列教材”——《计算机控制技术及其应用》清华大学出版。 2017年秉承教材的新颖性、应用性和适用性的原则，对教材《计算机控制技术及其应用》进行改版（第二版的修订），成为教育部高等学校电子信息类专业教学指导委员会规划教材。2014发表核心论文：分散控制系统实验室的改进与创新[J]，实验技术与管理。对分散控制系统(DCS)实验室的控制系统设计不合理等问题提出改进和创新思路,包括控制站整体结构分配方法、改进组态和实验项目、改进温度控制器件等,实现提高教学质量、满足教学要求和提高学生专业能力等目标。先后出版了《FANUC工业机器人编程操作与仿真》《工业机器人工具设计与仿真》《电力电子技术与应用》等图书。
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无
![目录]()
基础篇 溯本而求源 温故而知新
第1章 概述 3
1.1 自动控制的基本概念 3
1.1.1 自动控制的引例 4
1.1.2 自动控制中的基本问题 7
1.2 计算机控制系统 9
1.2.1 计算机控制系统的结构 9
1.2.2 计算机控制系统的分类 10
1.2.3 计算机控制技术及其发展 15
1.3 课程的研究内容和学习方法 17
1.3.1 研究内容 17
1.3.2 学习方法 17
本章知识点 18
思考题与习题 19
第2章 计算机控制系统的理论基础 20
2.1 控制系统的数学模型 20
2.1.1 控制系统的描述方法 20
2.1.2 用微分方程表示的系统模型 21
2.1.3 用脉冲响应表示的系统模型 23
2.1.4 拉普拉斯变换 24
2.1.5 用传递函数表示的系统模型 26
2.1.6 系统的方框图 27
2.1.7 状态空间概念和模型框图 28
2.2 连续系统的分析和设计 30
2.2.1 连续系统的性能指标 30
2.2.2 连续系统的分析和设计方法回顾 31
2.3 离散系统的描述方法 36
2.3.1 离散系统与连续系统的关系 36
2.3.2 采样过程和采样定理 36
2.3.3 序列和差分方程 38
2.3.4 用脉冲响应表示的离散系统模型 40
2.3.5 z 变换及其性质 41
2.3.6 脉冲传递函数 42
2.3.7 离散系统的状态空间描述 44
2.3.8 离散系统的其他描述方法 45
2.4 离散系统的分析 46
2.4.1 s 平面和z 平面之间的映射 46
2.4.2 稳定性分析 47
2.4.3 静态误差分析 47
2.4.4 动态特性分析 49
本章知识点 49
思考题与习题 50
第3章 数字控制器的设计与实现 52
3.1 数字控制器的设计方法 53
3.1.1 近似设计法 53
3.1.2 解析设计法 53
3.2 离散化方法 54
3.2.1 积分变换法 54
3.2.2 零极点匹配法 57
3.2.3 等效变换法 58
3.2.4 离散化方法比较 59
3.3 PID 控制 60
3.3.1 PID 控制的原理 60
3.3.2 数字 PID 控制算法 61
3.3.3 数字 PID 控制的参数整定 65
3.4 最少拍随动系统 68
3.4.1 最少拍随动系统的原理 68
3.4.2 最少拍随动系统的设计 69
3.4.3 最少拍无纹波随动系统的设计 72
3.5 控制算法的实现 76
3.5.1 实现框图与算法 76
3.5.2 串行实现与并行实现 79
本章知识点 81
思考题与习题 81
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 85
4.1 工业控制计算机 85
4.1.1 工业控制计算机的特点和结构 85
4.1.2 嵌入式系统与单片机 86
4.1.3 典型工业控制计算机的产品 91
4.2 控制系统中的接口技术 93
4.2.1 接口与总线 93
4.2.2 并行接口 96
4.2.3 串行接口 97
4.2.4 现场总线 109
4.3 控制系统中的人机交互技术 112
4.3.1 人机交互及其要求 112
4.3.2 人机交互的设计技术 113
4.4 工业控制计算机软件系统简介 114
4.4.1 系统软件 114
4.4.2 应用软件 116
本章知识点 117
思考题与习题 118
第5章 计算机控制系统中的过程通道 120
5.1 传感器与执行器 120
5.1.1 传感器和变送器 120
5.1.2 IEEE1451智能变换器标准 122
5.1.3 执行器及其分类 125
5.1.4 伺服电机和步进电机 125
5.1.5 变频器与电动执行器 128
5.2 输入通道 130
5.2.1 控制系统中的信号种类及特点 130
5.2.2 数字量信号处理方式 132
5.2.3 模拟量信号处理方式 137
5.2.4 数据采集的原理和实现 151
5.3 输出通道 155
5.3.1 输出通道的基本结构 155
5.3.2 输出通道中的开关信号驱动 155
5.3.3 输出通道中的模拟信号驱动 160
5.3.4 电机控制 165
本章知识点 172
思考题与习题 173
第6章 控制系统的可靠性与抗干扰技术 175
6.1 可靠性与抗干扰技术的基本概念 175
6.1.1 可靠性的概念 175
6.1.2 电磁兼容性 176
6.1.3 噪声的分类和耦合方式 178
6.1.4 控制系统可靠性设计的基本途径 182
6.2 硬件的可靠性与抗干扰技术 183
6.2.1 元器件与系统结构 183
6.2.2 滤波与去耦电路 185
6.2.3 隔离与屏蔽技术 188
6.2.4 电源干扰的抑制与接地技术 193
6.2.5 电源管理和热插拔技术 196
6.2.6 Watchdog技术 198
6.2.7 印制电路板的抗干扰措施 198
6.3 软件的可靠性与抗干扰技术 199
6.3.1 存储空间分配和程序结构的设计 199
6.3.2 数字滤波技术 201
6.3.3 数据的检错和纠错 204
6.3.4 开机自检与故障诊断 205
本章知识点 206
思考题与习题 207
第7章 控制系统的组态软件 208
7.1 工控组态软件概述 208
7.1.1 组态软件及其特点 208
7.1.2 组态软件的功能 209
7.1.3 组态软件的发展 210
7.2 MCGS组态软件 210
7.2.1 MCGS组态软件的特点和组成 210
7.2.2 MCGS工程构成 211
7.2.3 MCGS组态过程 219
7.3 组态王组态软件 222
7.3.1 组态王软件的特点和组成 223
7.3.2 组态王软件的构成 223
7.3.3 组态王组态过程 223
7.4 力控监控组态软件 228
7.4.1 力控软件的特点和组成 228
7.4.2 力控软件的构成 229
7.4.3 力控组态过程 229
本章知识点 234
思考题与习题 235
第8章 集散控制系统 236
8.1 DCS的产生与发展 236
8.1.1 DCS的产生 236
8.1.2 DCS的发展 237
8.1.3 EPA 现场总线 238
8.2 DCS的体系结构 239
8.2.1 DCS的分层结构 239
8.2.2 DCS的硬件结构 240
8.2.3 DCS的网络结构 241
8.2.4 DCS的软件结构 242
8.3 WebFieldJX-300XP控制系统 243
8.3.1 概述 243
8.3.2 JX-300XP系统的组成 243
8.3.3 JX-300XP系统的硬件 244
8.3.4 JX-300XP系统的软件 254
本章知识点 260
思考题与习题 261
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 265
9.1 基于嵌入式系统的解决方案 265
9.1.1 组成和特点 265
9.1.2 案例1：由嵌入式系统控制的全自动洗衣机 266
9.2 基于智能控制仪表的解决方案 274
9.2.1 组成和特点 274
9.2.2 案例2：基于智能控制仪表的电阻炉温度控制系统 276
9.3 基于可编程逻辑控制器的解决方案 283
9.3.1 组成和特点 283
9.3.2 案例3：PLC 控制的工业洗衣机 284
9.4 基于分布式数据采集与控制模块的解决方案 290
9.4.1 组成和特点 290
9.4.2 案例4：潮流水槽计算机检测与控制系统 291
9.5 基于可编程自动化控制器的解决方案 298
9.5.1 组成和特点 298
9.5.2 案例5：PAC 在桥梁健康检测系统中的应用 299
本章知识点 300
思考题与习题 301
第10章 计算机控制技术在简单过程控制中的应用 302
10.1 实例1：水箱液位控制 302
10.1.1 被控对象和控制方案 302
10.1.2 硬件组成 304
10.1.3 组态过程 304
10.1.4 PID 整定实验过程 308
10.2 实例2：锅炉温度控制 311
10.2.1 被控对象和控制方案 311
10.2.2 硬件组成 313
10.2.3 组态过程 315
10.2.4 PID 算法设计 318
10.2.5 PID 整定实验过程 319
10.3 实例3：流量比值控制 323
10.3.1 被控对象和控制方案 323
10.3.2 硬件组成 325
10.3.3 组态过程 327
10.3.4 案例调试 331
本章知识点 332
思考题与习题 333
第11章 计算机控制技术在流程工业自动化中的应用 334
11.1 DCS在循环流化床锅炉中的应用 334
11.1.1 工艺介绍 334
11.1.2 系统设计 336
11.1.3 系统组态 336
11.1.4 控制流程 341
11.1.5 系统运行 346
11.2 DCS在大中型氮肥装置中的应用 346
11.2.1 工艺介绍 346
11.2.2 系统设计 349
11.2.3 系统组态 350
11.2.4 控制流程 357
11.2.5 系统运行 363
本章知识点 363
思考题与习题 363
附录A 有关工业自动化产品及企业网址 364
参考文献 365
