醉染图书计算机控制系统 第3版9787111514121

目录

出版说明

第3版前言

第2版前言

版前言

章绪论

11计算机控制系统的概念

111常规控制系统

112计算机控制系统

12计算机控制系统的组成

121计算机控制系统的硬件

122计算机控制系统的软件

13计算机控制系统的分类

131数据采集系统（DAS）

132直接数字控制（DDC）系统

133监督控制（SCC）系统

134集散控制系统（DCS）

135监控与数据采集（SCADA）系统

136现场总线控制系统（FCS）

137工业过程计算机集成制造系统（流程CIMS）

138网络控制系统（NCS）

139复杂流程工业控制系统

1310嵌入式控制系统（ECS）

14计算机控制系统采用的技术和发展趋势

141采用可编程序控制器（PLC）

142采用新型的控制系统

143实现控制

144自适应控制

145人工智能

146模糊控制

147预测控制

148第四次工业——工业4ム

习题

第2章计算机控制系统设计基础

21微处理器与微控制器

211Von仠漀爀攀愀洀愀渀堀储空间配置结构

212Harward存储空间配置结构

213Preston存储空间配置结构

22译码电路的设计

221简单译码集成电路

222可编程逻辑器件

2通用阵列逻辑器件

224边界扫描技术

225GAL器件译码应用实例

I/O接口电路的扩展技术

1用锁存器扩展简单的输出口

2用三态缓冲器扩展简单的输入口

用移位寄存器扩展I/O接口

24内部总线

241PCI总线

242PC104总线

25外部总线

251IEEE488总线

252USB接口

253串行通信基础

254RS2C串行通信接口

255RS485串行通信接口

26MODBUS通信协议

261MODBUS通信协议概述

262两种传输方式

263MODBUS消息帧

264错误检测方法

265MODBUS的编程方法

习题

第3章HMI与打印机接口技术

31独立式键盘接口设计

311键盘的特点及确认

312独立式按键扩展实例

32矩阵式键盘接口设计

321矩阵式键盘的工作原理

322按键的识别方法

3键盘的编码

33旋转编码器接口设计

331旋转编码器的工作原理

332旋转编码器的接口电路设计

333旋转编码器的时序分析

334旋转编码器的软件设计

34显示技术的发展及其特点

341显示技术的发展

342显示器件的主要参数

35LED显示器接口设计

351LED显示器的结构

352LED显示器的扫描方式

36段型LCD显示器接口设计

361LCD的发展过程

362LCD的特点

363LCD的基本结构及工作原理

364LCD的驱动方式

37触摸屏技术及其在工程中的应用

371触摸屏的发展历程

372触摸屏的工作原理

373工业常用触摸屏产品介绍

374触摸屏在工程中的应用

38打印机接口电路设计

381标准Centronics接口

382应用实例

习题

第4章过程输入输出通道

41传感器

411传感器的定义和分类及构成

412传感器的基本能

413传感器的应用领域

414基准电压源和恒流源

415温度传感器

416湿度传感器

417流量传感器

418热释电红外传感器

419光电传感器

4110气传器

4111霍尔传感器

4112应变式电阻传感器

4113压力传感器

4114CCD图像传感器

4115位移传感器

4116加速度传感器

4117PM25传感器

42变送器

421变送器的构成原理

422差压变送器

4温度变送器

43执行器

431执行机构

432调节机构

433执行器的选用

434阀门定位器

44模拟信号放大技术

441运算放大器及其应用

442测量放大器

443程控增益放大器

45采样和模拟开关

451信号和采样定理

452采样/保持器

453模拟开关

45432通道模拟量输入电路设计实例

46模拟量输入通道

461模拟量输入通道的组成

462AD转换器的工作原理

463AD转换器的技术指标

478位AD转换器及其接口技术

471ADC0808/0809介绍

4728位AD转换器与CPU的接口

4738位AD转换器的程序设计

4812位低功耗AD转换器AD7091R

481AD7091R引脚介绍

482AD7091R的应用特

483AD7091R的数字接口

484AD7091R与STM32F103的接口

4922位Σ铠謃AD转换器ADS1213

491引脚介绍

492片内寄存器

493ADS1213的应用特

494ADS1213的数字接口

495ADS1213与STM32F103的接口

410模拟量输出通道

4101模拟量输出通道的组成

4102DA转换器的技术指标

4118位DA转换器及其接口技术

4111DAC0832介绍

41128位DA转换器与CPU的接口

41212/16位4~20mA串行输入DA转换器AD5410/AD5420

4121引脚介绍

4122片内寄存器

41AD5410/AD5420应用特

4124AD5410/AD5420的数字接口

4125AD5410/AD5420与STM32F103的接口

413数字量输入输出通道

4131光耦合器

4132数字量输入通道

4133数字量输出通道

4134脉冲量输入输出通道

414电流/电压转换电路

4141电压/电流转换

4142电流/电压转换

习题

第5章数字控制技术

51数字控制基础

511数字控制的基本原理

512数字控制方式

513开环数字控制

52逐点比较法插补原理

521逐点比较法直线插补

522逐点比较法圆弧插补

53步进电动机控制

531步进电动机的工作原理

532步进电动机控制系统原理图

533步进电动机的驱动电路

534步进电动机的工作方式

535步进电动机控制程序设计

习题

第6章计算机控制系统的控制规律

61被控对象的传递函数与能指标

611计算机控制系统被控对象的传递函数

612计算机控制系统的能指标

613对象特对控制能的影响

62P控制

621P概述

622P调节的作用

63数字P算法

631P算法

632P算式的改进

64P参数整定

641P参数对控制能的影响

642采样周期T的选取

643扩充临界比例度法

65串级控制

651串级控制算法

652副回路微分先行串级控制算法

66前馈反馈控制

661前馈控制的结构

662前馈反馈控制的结构

663数字前馈反馈控制算法

67数字控制器的直接设计方法

671基本概念

672少拍无差系统的设计

673少拍无纹波系统

68大林算法

681大林算法的基本形式

682振铃现象

683大林算法的设计步骤

69史密斯预估控制

691史密斯预估控制原理

692史密斯预估控制举例

610模糊控制

6101模糊控制的数学基础

6102模糊控制系统组成

6103模糊控制器设计

6104双输入单输出模糊控制器设计

611模型预测控制

6111动态矩阵控制（DMC）

6112模型算法控制（MAC）

习题

第7章计算机控制系统的软件设计

71计算机控制系统软件概述

711计算机控制系统应用软件的分层结构

712计算机控制系统软件的设计策略

713计算机控制系统软件的功能和能指标

72实时多任务系统

721实时系统和实时操作系统

722实时多任务系统的切换与调度

73现场控制层的软件系统平台

731软件系统平台的选择

732μC/OS懠蔡核调度基本原理

74新型DCS组态软件的设计

741新型DCS的总体结构

742新型DCS组态软件的总体结构设计

743新型DCS组态软件开发环境

744新型DCS组态软件的关键技术

75组态软件数据库系统设计

751组态软件中的数据管理

752数据库系统结构

753组态数据库的设计与实现

76组态软件驱动程序设计

761驱动程序采用的技术

762驱动程序的分析与设计

77组态软件可视化环境设计

771组态框架和运行框架

772组态信息的文件管理

773组态框架设计和实现

774运行框架设计和实现

78OPC技术

781OPC技术概述

782OPC关键技术

783OPC DA规范

784工业控制领域中的OPC应用实例

79Web技术

791Web技术概述

792Web服务端技术

793Web客户端技术

794SCADA系统中的Web应用方案设计

710双机热备技术

7101双机热备技术概述

7102双机热备系统的工作模式

7103双机热备系统的数据存储方式

7104DCS中的双机热备方案设计

711常用数字滤波算法与程序设计

7111程序判断滤波

7112中值滤波

7113算术平均滤波

7114加权平均滤波

7115低通滤波

7116滑动平均滤波

7117各种滤波方法的比较

712数字滤波器的算法与程序设计

7121数字滤波器的分类与特点

7122IIR数字滤波器的设计原理

71基于C语言的IIR数字滤波器程序设计

7124IIR数字滤波器的滤波效果分析

713标度变换程序

7131线标度变换程序

7132非线标度变换程序

习题

第8章现场总线与工业以太网控制网络技术

81现场总线技术概述

811现场总线的产生

812现场总线的本质

813现场总线的特点和优点

814现场总线的现状

815现场总线网络的实现

816现场总线技术的发展趋势

82工业以太网的产生与发展

821以太网引入工业控制领域的技术优势

822工业以太网与实时以太网

8IEC617862标准

824工业以太网技术的发展现状

825工业以太网技术的发展趋势与前景

83现场总线与企业网络

831企业网络

832企业网络技术

833企业网络的体系结构

834信息网络与控制网络

84流行现场总线简介

841会现场总线（FF）

842PROFIBUS

843CAN

844DeviceNet

845LonWorks

846ControlNet

847CCLink

848CompoNet

85工业以太网简介

851工业以太网的主要标准

852A

853Ethernet/IP

854EtherCAT

855Ethernet Powerlink

856PROFINET

857HSE

858EPA

86netX网络控制器

861netX系列网络控制器

862netX系列网络控制器的软件结构

863netX可用的协议堆栈

864基于netX网络控制器的产品分类

习题

第9章计算机控制系统的电磁兼容与抗干扰设计

91电磁兼容概述

911电磁兼容技术的发展

912电磁干扰

92电磁兼容设计

921电磁兼容的含义

922电磁兼容控制技术

93干扰的耦合方式

931直接耦合方式

932公共阻抗耦合方式

933电容耦合方式

934电磁感应耦合方式

935辐耦合方式

936漏电耦合方式

94计算机控制系统可靠设计

941可靠设计任务

942可靠设计技术

95抗干扰的硬件措施

951抗串模干扰的措施

952抗共模干扰的措施

953采用双绞线

954反波干扰及抑制

955正确连接模拟地和数字地

956电源的抗干扰措施

957压敏电阻及其应用

958瞬变电压抑制器及其应用

96抗干扰的软件措施

961数字信号输入输出中的软件抗干扰措施

962CPU的抗干扰技术

97计算机控制系统的容错设计

971硬件故障的自诊断技术

972软件的容错设计

习题

0章计算机控制系统设计

101基于现场总线与工业以太网的新型DCS的设计

1011新型DCS概述

1012现场控制站的组成

1013新型DCS通信网络

1014新型DCS控制卡的硬件设计

1015新型DCS控制卡的软件设计

1016控制算法的设计

10178通道模拟量输入板卡（8AI）的设计

10188通道热电偶输入板卡（8TC）的设计

10198通道热电阻输入板卡（8RTD）的设计

101104通道模拟量输出板卡（4AO）的设计

1011116通道数字量输入板卡（16DI）的设计

1011216通道数字量输出板卡（16DO）的设计

101138通道脉冲量输入板卡（8PI）的设计

102工业锅炉计算机控制系统的设计

1021工业锅炉的工作过程

1022工业锅炉计算机控制的意义

10工业锅炉计算机控制系统的基本功能

1024直接数字控制（DDC）系统的设计

1025系统总体设计

参考文献

李正军，山东大学教授，主要从事智能仪器仪表、计算机控制、现场总线控制系统、电力监测网络仪表、现代力电技术等方面的科研和教学工作.。先后主编了《计算机测控系统设计与应用》、《现场总线及其应用技术》、《计算机控制系统》等多部图书。

第3版前言本书是在《计算机控制系统》第2版的基础上修改而成的。
第3版教材中，首次采用了的ARM CortexM3和M4嵌入式控制器作为背景机，讲述计算机控制系统的设计。
删除了第2版教材中较为繁琐的或一些过时的教学内容，如矩阵键盘的详细设计、采样定理的详细明AD574AD转换器、DAC1208DA转换器等。由于目前现场总线技术已经作为一门独立的课程，考虑到教学学时的限制，删除了CAN总线和PROFIBUSDP总线的详细设计；更新了现场总线与工业以太网的展技术，如工业以太网技术、netX网络控制器等；增加了监控与数据采集系统（SCADA）、复杂流程工业控制系统、嵌入式控制系统（ECS）的介绍，并引入了第四次工业——工业4ム萀艶念；为了学习的方便与知识的系统化，将“总线技术与MODBUS通信协议”一章修改为“计算机控制系统设计基础”，增加了微处理器和微控制器的存储空间配置结构的介绍、常用译码电路和PLD可编程逻辑器件译码电路的应用设计、I/O接口电路的扩展技术；增加了旋转编码器在HMI人机接口中的应用设计；在过程输入输出通道的设计中，增加了传感器、变送器、执行器的介绍，同时，增加了模拟信号放大技术与的带可编程接口的AD和DA转换器的详细设计；对计算机控制系统的软件设计进行了重点修改，如计算机控制系统软件设计中的关键技术、OPC技术、Web技术，同时增加了双机热备技术的论述及IIR数字滤波器的算法和程序设计；考虑电磁兼容与抗干扰技术在计算机控制系统的设计中越来越重要，增加了“计算机控制系统的电磁兼容与抗干扰设计”一章；根据编者承担的重点科研公关课题的研究成果，增加了基于现场总线与工业以太网的新型DCS的设计实例，并给出了主控卡与各种测控板卡的实物图，这一章与“计算机控制系统的软件设计”合在一起，将给读者一个直观的认识，有于读者对计算机控制系统设计的整体理解和学习。
本书是编者教学和科研实践的总结，书中实例均是取自编者近几年的计算机控制系统的科研攻关课题。对本书中所引用的参考文献的作者，在此一并向他们表示真诚的感谢。由于编者水平有限，加上时间仓促，书中不妥之处在所难免，敬请广大读者不吝指正。
编者第2版前言本书是在《计算机控制系统》版的基础上修改而成的。
第2版教材中，删除和修改了版教材中比较繁琐的或非重点讲解的内容，如∑铠謃AD转换器的详细工作原理、显示器接口设计、离散状态空间设计、基于工业以太网和现场总线技术的新型控制系统等，并对部分内容进行了更正。
在计算机控制系统的分类中，增加了对网络控制系统（NCS）的介绍，对计算机控制系统采用技术和发展趋势的部分内容做了修改；增加了MODBUS通信协议和人机接口HMI触摸屏的内容介绍；增加了计算机控制系统的软件设计，包括计算机控制系统软件的组成和功能、实时多任务系统、现场控制层的软件系统平台、新形DCS系统组态软件的设计、组态软件数据库系统设计、组态软件驱动程序设计、组态软件可视化环境设计、OPC技术、Web浏览与控制技术、应用程序设计；增加了现场总线与工业以太网控制网络技术，包括现场总线技术概述、现场总线与企业网络、现场总线简介、CAN与PROFIBUS现场总线及其应用技术、工业以太网技术；增加了计算机控制系统设计实例，如PMM2000电力网络仪表的系统设计等。
编者版前言随着现代化工业生产过程复杂与集成度的提高，计算机控制系统已发展到了一个崭新的阶段。计算机控制系统利用计算机的软件和硬件代替自动控制系统中的控制器，它以自动控制理论和计算机技术为基础，综合了计算机、自动控制和生产过程多方面的知识。当前，计算机控制系统已成为许多大型自动化生产线不可缺少的重要组成部分。这就要求从事自动控制的工程技术和研发人员不仅要掌握生产工艺流程和自动控制理论的基础知识，而且还必须掌握计算机控制系统的有关硬件、软件、控制规律、数据通信、现场总线网络技术和数据库等方面的专门知识和技术，从而达到设计和应用计算机控制系统的目的。
本书为“十一五”规划教材，全面系统地讲述了计算机控制系统的基础知识、系统设计及应用技术。
全书共分9章。章为绪论，介绍了计算机控制系统的概念、组成、分类和发展趋势；第2章介绍了计算机控制系统的总线技术，包括STD总线、PCI总线、IEEE488总线、RS2和RS485总线及MODBUS通信协议；第3章简要介绍了人机接口技术，包括键盘的设计、LED和LCD显示技术、触摸屏技术与打印机接口技术；第4章重点介绍了过程输入输出通道接口技术，包括信号和采样、模拟开关、模拟量输入通道、模拟量输出通道、数字量输入通道、数字量输出通道、电流/电压转换和过程通道的抗干扰与可靠设计；第5章讲述了数字控制技术；第6章详述了计算机控制系统的控制规律，包括P控制、数字P算法、串级控制、前馈反馈控制、数字控制器的直接设计方法、大林算法、史密斯预估控制、模糊控制和模型预测控制；第7章介绍了计算机控制系统的软件设计，包括计算机控制系统软件的组成和功能、实时多任务系统、现场控制层的软件系统平台、新型DCS系统组态软件的设计、组态软件数据库系统设计、组态软件驱动程序设计、组态软件可视化环境设计、OPC技术、Web浏览与控制技术和应用程序设计；第8章重点讲述了现场总线与工业以太网控制网络技术，包括现场总线技术概述、现场总线与企业网络、典型现场总线简介、CAN与PROFIBUSDP现场总线及其应用技术、工业以太网技术；第9章介绍了计算机控制系统的设计方法和设计实例，介绍了PMM2000电力网络仪表的系统设计。本教材取材于作者多年的教学内容以及近几年发表的科研和重点科研攻关项目，并参考了有关专著和技术资料。
本教材得以公开出版，得到了机械工业出版社计算机分社的大力支持，上海交通大学的席裕庚教授审阅了编写大纲，同时得到了山东大学控制科学与工程学院领导及有关同志的大力支持。在本书的编写过程中，我的学生张明、王丛先、刘俊杰、赖园园、陈亮、韩英昆、周旭、杨洪军、薛凌燕等协我做了书稿的校对工作，并绘制了全部插图。对书中所引用的参考文献的作者，在此一并向他们表示诚挚的感谢。
由于编者水平有限，书中错误和不妥之处敬请广大读者不吝指正。

很好书，普通高等教育“十一五”重量规划教材。
全面系统地讲述了计算机控制系统的基础知识与系统设计及应用技术。
理论联系实际，突出工程应用。