计算机控制系统PDF|Epub|txt|kindle电子书版本网盘下载

计算机控制系统PDF格式电子书版下载

注意：本站所有压缩包均有解压码： 点击下载压缩包解压工具

第1章 绪论1

1.1 计算机控制系统的概念1

1.1.1 常规控制系统1

1.1.2 计算机控制系统2

1.2 计算机控制系统的组成3

1.2.1 计算机控制系统的硬件3

1.2.2 计算机控制系统的软件5

1.3 计算机控制系统的分类10

1.3.1 数据采集系统（DAS）10

1.3.2 直接数字控制（DDC）系统11

1.3.3 监督控制（SCC）系统11

1.3.4 集散控制系统（DCS）12

1.3.5 监控与数据采集（SCADA）系统13

1.3.6 现场总线控制系统（FCS）14

1.3.7 工业过程计算机集成制造系统（流程CIMS）15

1.3.8 网络控制系统（NCS）16

1.3.9 复杂流程工业控制系统17

1.3.10 嵌入式控制系统（ECS）18

1.4 计算机控制系统采用的技术和发展趋势19

1.4.1 采用可编程序控制器（PLC）20

1.4.2 采用新型的控制系统20

1.4.3 实现最优控制20

1.4.4 自适应控制20

1.4.5 人工智能20

1.4.6 模糊控制21

1.4.7 预测控制21

1.4.8 第四次工业革命——工业4.022

习题22

第2章 计算机控制系统设计基础23

2.1 微处理器与微控制器23

2.1.1 Von.Noreaman存储空间配置结构24

2.1.2 Harward存储空间配置结构26

2.1.3 Preston存储空间配置结构28

2.2 译码电路的设计29

2.2.1 简单译码集成电路29

2.2.2 可编程逻辑器件30

2.2.3 通用阵列逻辑器件33

2.2.4 边界扫描技术34

2.2.5 GAL器件译码应用实例35

2.3 I/O接口电路的扩展技术39

2.3.1 用锁存器扩展简单的输出口39

2.3.2 用三态缓冲器扩展简单的输入口40

2.3.3 用移位寄存器扩展I/O接口41

2.4 内部总线42

2.4.1 PCI总线42

2.4.2 PC104总线44

2.5 外部总线45

2.5.1 IEEE-488总线45

2.5.2 USB接口46

2.5.3 串行通信基础47

2.5.4 RS-232C串行通信接口48

2.5.5 RS-485串行通信接口50

2.6 MODBUS通信协议52

2.6.1 MODBUS通信协议概述52

2.6.2 两种传输方式53

2.6.3 MODBUS消息帧53

2.6.4 错误检测方法55

2.6.5 MODBUS的编程方法55

习题55

第3章 HMI与打印机接口技术56

3.1 独立式键盘接口设计56

3.1.1 键盘的特点及确认56

3.1.2 独立式按键扩展实例57

3.2 矩阵式键盘接口设计57

3.2.1 矩阵式键盘的工作原理57

3.2.2 按键的识别方法58

3.2.3 键盘的编码58

3.3 旋转编码器接口设计58

3.3.1 旋转编码器的工作原理58

3.3.2 旋转编码器的接口电路设计59

3.3.3 旋转编码器的时序分析59

3.3.4 旋转编码器的软件设计60

3.4 显示技术的发展及其特点63

3.4.1 显示技术的发展63

3.4.2 显示器件的主要参数63

3.5 LED显示器接口设计64

3.5.1 L.ED显示器的结构65

3.5.2 LED显示器的扫描方式66

3.6 段型LCD显示器接口设计69

3.6.1 LCD的发展过程69

3.6.2 LCD的特点69

3.6.3 LCD的基本结构及工作原理70

3.6.4 LCD的驱动方式71

3.7 触摸屏技术及其在工程中的应用71

3.7.1 触摸屏的发展历程71

3.7.2 触摸屏的工作原理72

3.7.3 工业常用触摸屏产品介绍73

3.7.4 触摸屏在工程中的应用73

3.8 打印机接口电路设计74

3.8.1 标准Centronics接口74

3.8.2 应用实例75

习题76

第4章 过程输入输出通道77

4.1 传感器77

4.1.1 传感器的定义和分类及构成77

4.1.2 传感器的基本性能79

4.1.3 传感器的应用领域80

4.1.4 基准电压源和恒流源81

4.1.5 温度传感器84

4.1.6 湿度传感器91

4.1.7 流量传感器92

4.1.8 热释电红外传感器95

4.1.9 光电传感器96

4.1.10 气敏传感器96

4.1.11 霍尔传感器97

4.1.12 应变式电阻传感器98

4.1.13 压力传感器99

4.1.14 CCD图像传感器100

4.1.15 位移传感器100

4.1.16 加速度传感器101

4.1.17 PM2.5传感器101

4.2 变送器102

4.2.1 变送器的构成原理102

4.2.2 差压变送器102

4.2.3 温度变送器104

4.3 执行器104

4.3.1 执行机构105

4.3.2 调节机构105

4.3.3 执行器的选用105

4.3.4 阀门定位器106

4.4 模拟信号放大技术107

4.4.1 运算放大器及其应用107

4.4.2 测量放大器110

4.4.3 程控增益放大器111

4.5 采样和模拟开关113

4.5.1 信号和采样定理113

4.5.2 采样／保持器114

4.5.3 模拟开关115

4.5.4 32通道模拟量输入电路设计实例117

4.6 模拟量输入通道119

4.6.1 模拟量输入通道的组成119

4.6.2 A-D转换器的工作原理120

4.6.3 A-D转换器的技术指标120

4.7 8位A-D转换器及其接口技术121

4.7.1 ADC0808/0809介绍121

4.7.2 8位A-D转换器与CPU的接口123

4.7.3 8位A-D转换器的程序设计124

4.8 12位低功耗A-D转换器AD7091R125

4.8.1 AD7091R引脚介绍125

4.8.2 AD7091R的应用特性125

4.8.3 AD7091R的数字接口126

4.8.4 AD7091R与STM32F103的接口126

4.9 22位∑-△型A-D转换器ADS1213127

4.9.1 引脚介绍127

4.9.2 片内寄存器129

4.9.3 ADS1213的应用特性132

4.9.4 ADS1213的数字接口132

4.9.5 ADS1213与STM32F103的接口133

4.10 模拟量输出通道133

4.10.1 模拟量输出通道的组成133

4.10.2 D-A转换器的技术指标134

4.11 8位D-A转换器及其接口技术134

4.11.1 DAC0832介绍134

4.11.2 8位D-A转换器与CPU的接口136

4.12 12/16位4～20mA串行输入D-A转换器AD5410/AD5420137

4.12.1 引脚介绍137

4.12.2 片内寄存器138

4.12.3 AD5410/AD5420应用特性140

4.12.4 AD5410/AD5420的数字接口140

4.12.5 AD5410/AD5420与STM32F103的接口141

4.13 数字量输入输出通道141

4.13.1 光耦合器141

4.13.2 数字量输入通道143

4.13.3 数字量输出通道144

4.13.4 脉冲量输入输出通道145

4.14 电流／电压转换电路146

4.14.1 电压／电流转换146

4.14.2 电流／电压转换147

习题148

第5章 数字控制技术149

5.1 数字控制基础149

5.1.1 数字控制的基本原理149

5.1.2 数字控制方式150

5.1.3 开环数字控制151

5.2 逐点比较法插补原理151

5.2.1 逐点比较法直线插补152

5.2.2 逐点比较法圆弧插补156

5.3 步进电动机控制162

5.3.1 步进电动机的工作原理162

5.3.2 步进电动机控制系统原理图163

5.3.3 步进电动机的驱动电路164

5.3.4 步进电动机的工作方式165

5.3.5 步进电动机控制程序设计166

习题168

第6章 计算机控制系统的控制规律169

6.1 被控对象的传递函数与性能指标169

6.1.1 计算机控制系统被控对象的传递函数169

6.1.2 计算机控制系统的性能指标170

6.1.3 对象特性对控制性能的影响174

6.2 PID控制175

6.2.1 PID概述175

6.2.2 PID调节的作用175

6.3 数字PID算法177

6.3.1 PID算法177

6.3.2 PID算式的改进186

6.4 PID参数整定190

6.4.1 PID参数对控制性能的影响190

6.4.2 采样周期T的选取191

6.4.3 扩充临界比例度法192

6.5 串级控制194

6.5.1 串级控制算法194

6.5.2 副回路微分先行串级控制算法195

6.6 前馈-反馈控制197

6.6.1 前馈控制的结构197

6.6.2 前馈-反馈控制的结构197

6.6.3 数字前馈-反馈控制算法198

6.7 数字控制器的直接设计方法200

6.7.1 基本概念200

6.7.2 最少拍无差系统的设计201

6.7.3 最少拍无纹波系统208

6.8 大林算法211

6.8.1 大林算法的基本形式211

6.8.2 振铃现象213

6.8.3 大林算法的设计步骤215

6.9 史密斯预估控制215

6.9.1 史密斯预估控制原理216

6.9.2 史密斯预估控制举例218

6.10 模糊控制218

6.10.1 模糊控制的数学基础219

6.10.2 模糊控制系统组成224

6.10.3 模糊控制器设计229

6.10.4 双输入单输出模糊控制器设计232

6.11 模型预测控制235

6.11.1 动态矩阵控制（DMC）235

6.11.2 模型算法控制（MAC）244

习题249

第7章 计算机控制系统的软件设计251

7.1 计算机控制系统软件概述251

7.1.1 计算机控制系统应用软件的分层结构251

7.1.2 计算机控制系统软件的设计策略252

7.1.3 计算机控制系统软件的功能和性能指标253

7.2 实时多任务系统254

7.2.1 实时系统和实时操作系统254

7.2.2 实时多任务系统的切换与调度255

7.3 现场控制层的软件系统平台258

7.3.1 软件系统平台的选择258

7.3.2 μC/OS-Ⅱ内核调度基本原理258

7.4 新型DCS组态软件的设计259

7.4.1 新型DCS的总体结构259

7.4.2 新型DCS组态软件的总体结构设计262

7.4.3 新型DCS组态软件开发环境267

7.4.4 新型DCS组态软件的关键技术269

7.5 组态软件数据库系统设计271

7.5.1 组态软件中的数据管理272

7.5.2 数据库系统结构272

7.5.3 组态数据库的设计与实现273

7.6 组态软件驱动程序设计275

7.6.1 驱动程序采用的技术275

7.6.2 驱动程序的分析与设计276

7.7 组态软件可视化环境设计277

7.7.1 组态框架和运行框架277

7.7.2 组态信息的文件管理278

7.7.3 组态框架设计和实现281

7.7.4 运行框架设计和实现283

7.8 OPC技术285

7.8.1 OPC技术概述285

7.8.2 OPC关键技术285

7.8.3 OPC DA规范286

7.8.4 工业控制领域中的OPC应用实例288

7.9 Web技术290

7.9.1 Web技术概述290

7.9.2 Web服务端技术290

7.9.3 Web客户端技术291

7.9.4 SCADA系统中的Web应用方案设计291

7.10 双机热备技术292

7.10.1 双机热备技术概述293

7.10.2 双机热备系统的工作模式293

7.10.3 双机热备系统的数据存储方式294

7.10.4 DCS中的双机热备方案设计294

7.11 常用数字滤波算法与程序设计296

7.11.1 程序判断滤波296

7.11.2 中值滤波297

7.11.3 算术平均滤波297

7.11.4 加权平均滤波297

7.11.5 低通滤波298

7.11.6 滑动平均滤波298

7.11.7 各种滤波方法的比较298

7.12 数字滤波器的算法与程序设计299

7.12.1 数字滤波器的分类与特点299

7.12.2 IIR数字滤波器的设计原理299

7.12.3 基于C语言的IIR数字滤波器程序设计301

7.12.4 IIR数字滤波器的滤波效果分析302

7.13 标度变换程序302

7.13.1 线性标度变换程序303

7.13.2 非线性标度变换程序304

习题305

第8章 现场总线与工业以太网控制网络技术306

8.1 现场总线技术概述306

8.1.1 现场总线的产生306

8.1.2 现场总线的本质306

8.1.3 现场总线的特点和优点307

8.1.4 现场总线的现状309

8.1.5 现场总线网络的实现310

8.1.6 现场总线技术的发展趋势312

8.2 工业以太网的产生与发展312

8.2.1 以太网引入工业控制领域的技术优势312

8.2.2 工业以太网与实时以太网314

8.2.3 IEC61786-2标准314

8.2.4 工业以太网技术的发展现状315

8.2.5 工业以太网技术的发展趋势与前景317

8.3 现场总线与企业网络320

8.3.1 企业网络320

8.3.2 企业网络技术321

8.3.3 企业网络的体系结构322

8.3.4 信息网络与控制网络324

8.4 流行现场总线简介325

8.4.1 基金会现场总线（FF）325

8.4.2 PROFIBUS326

8.4.3 CAN326

8.4.4 DeviceNet327

8.4.5 LonWorks328

8.4.6 ControlNet329

8.4.7 CC-Link330

8.4.8 CompoNet331

8.5 工业以太网简介331

8.5.1 工业以太网的主要标准331

8.5.2 IDA333

8.5.3 Ethernet/IP333

8.5.4 EtherCAT335

8.5.5 Ethernet Powerlink336

8.5.6 PROFINET336

8.5.7 HSE341

8.5.8 EPA342

8.6 netX网络控制器344

8.6.1 netX系列网络控制器344

8.6.2 netX系列网络控制器的软件结构346

8.6.3 netX 可用的协议堆栈347

8.6.4 基于netX网络控制器的产品分类347

习题348

第9章 计算机控制系统的电磁兼容与抗干扰设计349

9.1 电磁兼容性概述349

9.1.1 电磁兼容技术的发展349

9.1.2 电磁干扰350

9.2 电磁兼容性设计352

9.2.1 电磁兼容的含义352

9.2.2 电磁兼容控制技术352

9.3 干扰的耦合方式354

9.3.1 直接耦合方式354

9.3.2 公共阻抗耦合方式354

9.3.3 电容耦合方式355

9.3.4 电磁感应耦合方式355

9.3.5 辐射耦合方式355

9.3.6 漏电耦合方式355

9.4 计算机控制系统可靠性设计355

9.4.1 可靠性设计任务356

9.4.2 可靠性设计技术356

9.5 抗干扰的硬件措施358

9.5.1 抗串模干扰的措施358

9.5.2 抗共模干扰的措施360

9.5.3 采用双绞线360

9.5.4 反射波干扰及抑制361

9.5.5 正确连接模拟地和数字地362

9.5.6 电源的抗干扰措施362

9.5.7 压敏电阻及其应用364

9.5.8 瞬变电压抑制器及其应用365

9.6 抗干扰的软件措施367

9.6.1 数字信号输入输出中的软件抗干扰措施367

9.6.2 CPU的抗干扰技术367

9.7 计算机控制系统的容错设计368

9.7.1 硬件故障的自诊断技术369

9.7.2 软件的容错设计370

习题371

第10章 计算机控制系统设计372

10.1 基于现场总线与工业以太网的新型DCS的设计372

10.1.1 新型DCS概述372

10.1.2 现场控制站的组成374

10.1.3 新型DCS通信网络376

10.1.4 新型DCS控制卡的硬件设计377

10.1.5 新型DCS控制卡的软件设计382

10.1.6 控制算法的设计390

10.1.7 8通道模拟量输入板卡（8AI）的设计394

10.1.8 8通道热电偶输入板卡（8TC）的设计395

10.1.9 8通道热电阻输入板卡（8RTD）的设计397

10.1.10 4通道模拟量输出板卡（4AO）的设计399

10.1.11 16通道数字量输入板卡（16DI）的设计400

10.1.12 16通道数字量输出板卡（16DO）的设计402

10.1.13 8通道脉冲量输入板卡（8PI）的设计403

10.2 工业锅炉计算机控制系统的设计404

10.2.1 工业锅炉的工作过程404

10.2.2 工业锅炉计算机控制的意义406

10.2.3 工业锅炉计算机控制系统的基本功能407

10.2.4 直接数字控制（DDC）系统的设计409

10.2.5 系统总体设计411

参考文献414