- 机械工业出版社
- 9787893864568
- 561992
- 2025-04
- 工学
- 电气类
- 电气工程与智能控制
- 本科
内容简介
本教材是基于于海生等编著的《计算机控制技术》（第3版）教材制作的。本书是普通高等教育“十一五”国家级规划教材、国家级一流本科课程教材、国家级精品资源共享课程教材、国家级精品课程教材，并荣获山东省高等学校优秀教材一等奖。本书为第3版，主要是基于计算机控制与网络技术的发展，利用工业界、学术界和教育界所取得的成果对第2版进行了修订。教材针对新工科建设、工程教育专业认证和卓越工程人才培养，以培养学生解决复杂工程和实际问题的综合能力为出发点，以主流机型PC/ISA/PCI/PCI-E总线工业控制机或PC系列计算机为控制工具，系统地阐述了计算机控制系统的设计和工程实现方法。全书共9章，内容包括计算机控制系统及其组成、计算机控制系统的典型型式、发展概况和趋势；计算机控制系统的硬件设计技术；数字控制技术；常规及复杂控制技术；现代控制技术；先进控制技术；计算机控制系统的软件设计技术；分布式测控网络技术；计算机控制系统设计与实现。本书内容丰富，体系新颖，理论联系实际，实践性、工程性、系统性和集成性强。
本书可作为高等院校自动化类、电气类、机械类、仪器类、计算机类、电子信息类等专业高年级本科生的教材，也可作为相关学科专业低年级研究生的教材，还可供有关科技人员参考和自学。
本书可作为高等院校自动化类、电气类、机械类、仪器类、计算机类、电子信息类等专业高年级本科生的教材，也可作为相关学科专业低年级研究生的教材，还可供有关科技人员参考和自学。
目录
前言
第1章 绪论
1.1 计算机控制系统概述
1.1.1 自动控制系统
1.1.2 计算机控制系统
1.1.3 计算机控制系统的组成
1.1.4 计算机控制系统的主机
1.2 计算机控制系统的典型型式
1.2.1 操作指导控制系统
1.2.2 直接数字控制系统
1.2.3 监督计算机控制系统
1.2.4 集散控制系统
1.2.5 现场总线控制系统
1.2.6 综合自动化系统
1.3 计算机控制系统的发展概况和趋势
1.3.1 计算机控制系统的发展概况
1.3.2 计算机控制系统的发展趋势
习题
第2章 计算机控制系统的硬件设计
2.1 工控机的总线技术
2.1.1 总线概述
2.1.2 系统总线简介
2.1.3 外部总线简介
2.2 总线接口扩展技术
2.2.1 系统总线接口扩展技术
2.2.2 外部总线接口扩展技术
2.3 输入/输出接口与过程通道设计原理
2.3.1 数字量输入/输出接口与过程通道
2.3.2 模拟量输入接口与过程通道
2.3.3 模拟量输出接口与过程通道
2.3.4 脉冲量输入/输出接口与过程通道
2.4 基于系统总线的计算机控制系统硬件设计
2.4.1 数字量输入/输出接口与过程通道模板设计
2.4.2 模拟量输入接口与过程通道模板设计
2.4.3 模拟量输出接口与过程通道模板设计
2.4.4 脉冲量输入/输出接口与过程通道模板设计
2.5 基于外部总线的计算机控制系统硬件设计
2.5.1 基于外部总线的硬件设计方案
2.5.2 远程I/O模块
2.5.3 其他测控装置
2.6 硬件抗干扰技术
2.6.1 过程通道抗干扰技术
2.6.2 主机抗干扰技术
2.6.3 系统供电与接地技术
习题
第3章 数字控制技术
3.1 数字控制基础
3.1.1 数控技术发展概况
3.1.2 数字控制原理
3.1.3 数字控制方式
3.1.4 数字控制系统
3.1.5 数控系统的分类
3.2 运动轨迹插补原理
3.2.1 逐点比较法直线插补
3.2.2 逐点比较法圆弧插补
3.2.3 数字积分法插补
3.3 进给速度与加减速控制
3.3.1 进给速度控制
3.3.2 加减速控制
3.4 电动机驱动控制与位置伺服系统
3.4.1 步进电动机驱动控制
3.4.2 直流伺服电动机驱动控制
3.4.3 交流伺服电动机驱动控制
3.4.4 位置伺服系统
3.5 多轴运动控制技术
3.5.1 多轴运动控制系统结构
3.5.2 多轴运动控制系统硬件设计
3.5.3 多轴运动控制系统软件设计
3.5.4 数控系统设计举例——基于IPC的多轴运动控制
习题
第4章 常规及复杂控制技术
4.1 控制系统的性能指标
4.1.1 稳态性能指标
4.1.2 动态性能指标
4.1.3 抗干扰性能
4.1.4 对控制作用的限制
4.2 数字控制器的连续化设计技术
4.2.1 数字控制器的连续化设计步骤
4.2.2 理想数字PID控制器的设计
4.2.3 实际数字PID控制器的设计
4.2.4 数字PID控制器的改进
4.2.5 数字PID控制器的参数整定
4.3 数字控制器的离散化设计技术
4.3.1 数字控制器的离散化设计步骤
4.3.2 最少拍控制器的设计
4.3.3 最少拍有纹波控制器的设计
4.3.4 最少拍无纹波控制器的设计
4.4 纯滞后系统控制技术
4.4.1 史密斯预估控制——连续化设计技术
4.4.2 达林算法——离散化设计技术
4.5 串级控制技术
4.5.1 串级控制的结构和原理
4.5.2 数字串级控制算法
4.5.3 副回路微分先行串级控制算法
4.6 前馈-反馈控制技术
4.6.1 前馈控制的结构和原理
4.6.2 前馈-反馈控制结构
4.6.3 数字前馈-反馈控制算法
4.7 解耦控制技术
4.7.1 解耦控制原理
4.7.2 数字解耦控制算法
习题
第5章 现代控制技术
5.1 采用状态空间的输出反馈设计法
5.1.1 连续状态方程的离散化
5.1.2 最少拍无纹波系统的跟踪条件
5.1.3 输出反馈设计法的设计步骤
5.2 采用状态空间的极点配置设计法
5.2.1 按极点配置设计控制规律
5.2.2 按极点配置设计状态观测器
5.2.3 按极点配置设计控制器
5.2.4 跟踪系统设计
5.3 采用状态空间的最优化设计法
5.3.1 LQ最优控制器设计
5.3.2 状态最优估计器设计
5.3.3 LQG最优控制器设计
5.3.4 跟踪系统设计
习题
第6章 先进控制技术
6.1 模糊控制技术
6.1.1 模糊控制的数学基础
6.1.2 模糊控制原理
6.1.3 模糊控制器设计
6.1.4 双输入单输出模糊控制系统设计
6.2 神经网络控制技术
6.2.1 神经网络基础
6.2.2 神经网络控制
6.3 专家控制技术
6.3.1 专家系统
6.3.2 专家控制介绍
6.3.3 专家控制基本思想
6.3.4 专家控制组织结构
6.4 预测控制技术
6.4.1 内部模型
6.4.2 预测模型
6.4.3 预测控制算法
6.5 其他先进控制技术
习题
第7章 计算机控制系统的软件设计技术
7.1 程序设计技术
7.1.1 模块化与结构化程序设计
7.1.2 面向过程与面向对象的程序设计
7.1.3 高级语言I/O控制台编程
7.2 人机接口（HMI/SCADA）技术
7.2.1 HMI/SCADA的含义
7.2.2 基于监控组态软件设计人机接口
7.2.3 基于可视化高级语言设计人机接口
7.3 测量数据预处理与系统有限字长
7.3.1 误差自动校准
7.3.2 线性化处理和非线性补偿
7.3.3 标度变换方法
7.3.4 越限报警处理
7.3.5 量化误差来源
7.3.6 A-D、D-A及运算字长的选择
7.4 数字控制器的工程实现
7.4.1 给定值和被控量处理
7.4.2 偏差处理
7.4.3 控制算法的实现
7.4.4 控制量处理
7.4.5 自动/手动切换技术
7.5 软件抗干扰技术
7.5.1 数字滤波技术
7.5.2 开关量的软件抗干扰技术
7.5.3 指令冗余技术
7.5.4 软件陷阱技术
习题
第8章 分布式测控网络技术
8.1 工业网络技术
8.1.1 工业网络概述
8.1.2 数据通信编码技术
8.1.3 网络协议及其层次结构
8.1.4 IEEE 802标准
8.1.5 工业网络的性能评价和选型
8.2 集散控制系统
8.2.1 DCS概述
8.2.2 DCS的分散控制级
8.2.3 DCS的集中监控级
8.2.4 DCS的综合管理级
8.3 现场总线控制系统
8.3.1 现场总线概述
8.3.2 五种典型的现场总线
8.4 工业以太网测控系统
8.4.1 工业以太网概述
8.4.2 工业以太网测控系统设计
8.5 系统集成与综合自动化系统
8.5.1 系统集成
8.5.2 五层Purdue模型
8.5.3 ERP-MES-PCS三层结构
8.5.4 综合自动化系统的实现
8.6 网络化控制系统
8.6.1 网络化控制系统的定义
8.6.2 网络化控制系统的结构和模型
8.6.3 网络化控制系统的常见问题
8.6.4 网络化控制系统性能分析
8.7 工业互联网与智能工厂
8.7.1 无线传感器网络
8.7.2 物联网
8.7.3 工业大数据与工业互联网
8.7.4 数字化车间与智能工厂
习题
第9章 计算机控制系统设计与实现
9.1 系统设计的原则与步骤
9.1.1 系统设计的原则
9.1.2 系统设计的步骤
9.2 系统的工程设计与实现
9.2.1 系统总体方案设计
9.2.2 硬件的工程设计与实现
9.2.3 软件的工程设计与实现
9.2.4 系统的调试与运行
9.3 设计举例——啤酒发酵过程计算机控制系统
9.3.1 啤酒发酵工艺及控制要求
9.3.2 系统总体方案的设计
9.3.3 系统硬件和软件的设计
9.3.4 系统的安装调试运行及控制效果
9.4 设计举例——机器人关节运动计算机控制系统
9.4.1 PUMA560机器人的结构原理
9.4.2 机器人运动学方程
9.4.3 机器人动力学方程
9.4.4 机器人手臂的独立关节位置伺服控制
习题
参考文献
第1章 绪论
1.1 计算机控制系统概述
1.1.1 自动控制系统
1.1.2 计算机控制系统
1.1.3 计算机控制系统的组成
1.1.4 计算机控制系统的主机
1.2 计算机控制系统的典型型式
1.2.1 操作指导控制系统
1.2.2 直接数字控制系统
1.2.3 监督计算机控制系统
1.2.4 集散控制系统
1.2.5 现场总线控制系统
1.2.6 综合自动化系统
1.3 计算机控制系统的发展概况和趋势
1.3.1 计算机控制系统的发展概况
1.3.2 计算机控制系统的发展趋势
习题
第2章 计算机控制系统的硬件设计
2.1 工控机的总线技术
2.1.1 总线概述
2.1.2 系统总线简介
2.1.3 外部总线简介
2.2 总线接口扩展技术
2.2.1 系统总线接口扩展技术
2.2.2 外部总线接口扩展技术
2.3 输入/输出接口与过程通道设计原理
2.3.1 数字量输入/输出接口与过程通道
2.3.2 模拟量输入接口与过程通道
2.3.3 模拟量输出接口与过程通道
2.3.4 脉冲量输入/输出接口与过程通道
2.4 基于系统总线的计算机控制系统硬件设计
2.4.1 数字量输入/输出接口与过程通道模板设计
2.4.2 模拟量输入接口与过程通道模板设计
2.4.3 模拟量输出接口与过程通道模板设计
2.4.4 脉冲量输入/输出接口与过程通道模板设计
2.5 基于外部总线的计算机控制系统硬件设计
2.5.1 基于外部总线的硬件设计方案
2.5.2 远程I/O模块
2.5.3 其他测控装置
2.6 硬件抗干扰技术
2.6.1 过程通道抗干扰技术
2.6.2 主机抗干扰技术
2.6.3 系统供电与接地技术
习题
第3章 数字控制技术
3.1 数字控制基础
3.1.1 数控技术发展概况
3.1.2 数字控制原理
3.1.3 数字控制方式
3.1.4 数字控制系统
3.1.5 数控系统的分类
3.2 运动轨迹插补原理
3.2.1 逐点比较法直线插补
3.2.2 逐点比较法圆弧插补
3.2.3 数字积分法插补
3.3 进给速度与加减速控制
3.3.1 进给速度控制
3.3.2 加减速控制
3.4 电动机驱动控制与位置伺服系统
3.4.1 步进电动机驱动控制
3.4.2 直流伺服电动机驱动控制
3.4.3 交流伺服电动机驱动控制
3.4.4 位置伺服系统
3.5 多轴运动控制技术
3.5.1 多轴运动控制系统结构
3.5.2 多轴运动控制系统硬件设计
3.5.3 多轴运动控制系统软件设计
3.5.4 数控系统设计举例——基于IPC的多轴运动控制
习题
第4章 常规及复杂控制技术
4.1 控制系统的性能指标
4.1.1 稳态性能指标
4.1.2 动态性能指标
4.1.3 抗干扰性能
4.1.4 对控制作用的限制
4.2 数字控制器的连续化设计技术
4.2.1 数字控制器的连续化设计步骤
4.2.2 理想数字PID控制器的设计
4.2.3 实际数字PID控制器的设计
4.2.4 数字PID控制器的改进
4.2.5 数字PID控制器的参数整定
4.3 数字控制器的离散化设计技术
4.3.1 数字控制器的离散化设计步骤
4.3.2 最少拍控制器的设计
4.3.3 最少拍有纹波控制器的设计
4.3.4 最少拍无纹波控制器的设计
4.4 纯滞后系统控制技术
4.4.1 史密斯预估控制——连续化设计技术
4.4.2 达林算法——离散化设计技术
4.5 串级控制技术
4.5.1 串级控制的结构和原理
4.5.2 数字串级控制算法
4.5.3 副回路微分先行串级控制算法
4.6 前馈-反馈控制技术
4.6.1 前馈控制的结构和原理
4.6.2 前馈-反馈控制结构
4.6.3 数字前馈-反馈控制算法
4.7 解耦控制技术
4.7.1 解耦控制原理
4.7.2 数字解耦控制算法
习题
第5章 现代控制技术
5.1 采用状态空间的输出反馈设计法
5.1.1 连续状态方程的离散化
5.1.2 最少拍无纹波系统的跟踪条件
5.1.3 输出反馈设计法的设计步骤
5.2 采用状态空间的极点配置设计法
5.2.1 按极点配置设计控制规律
5.2.2 按极点配置设计状态观测器
5.2.3 按极点配置设计控制器
5.2.4 跟踪系统设计
5.3 采用状态空间的最优化设计法
5.3.1 LQ最优控制器设计
5.3.2 状态最优估计器设计
5.3.3 LQG最优控制器设计
5.3.4 跟踪系统设计
习题
第6章 先进控制技术
6.1 模糊控制技术
6.1.1 模糊控制的数学基础
6.1.2 模糊控制原理
6.1.3 模糊控制器设计
6.1.4 双输入单输出模糊控制系统设计
6.2 神经网络控制技术
6.2.1 神经网络基础
6.2.2 神经网络控制
6.3 专家控制技术
6.3.1 专家系统
6.3.2 专家控制介绍
6.3.3 专家控制基本思想
6.3.4 专家控制组织结构
6.4 预测控制技术
6.4.1 内部模型
6.4.2 预测模型
6.4.3 预测控制算法
6.5 其他先进控制技术
习题
第7章 计算机控制系统的软件设计技术
7.1 程序设计技术
7.1.1 模块化与结构化程序设计
7.1.2 面向过程与面向对象的程序设计
7.1.3 高级语言I/O控制台编程
7.2 人机接口（HMI/SCADA）技术
7.2.1 HMI/SCADA的含义
7.2.2 基于监控组态软件设计人机接口
7.2.3 基于可视化高级语言设计人机接口
7.3 测量数据预处理与系统有限字长
7.3.1 误差自动校准
7.3.2 线性化处理和非线性补偿
7.3.3 标度变换方法
7.3.4 越限报警处理
7.3.5 量化误差来源
7.3.6 A-D、D-A及运算字长的选择
7.4 数字控制器的工程实现
7.4.1 给定值和被控量处理
7.4.2 偏差处理
7.4.3 控制算法的实现
7.4.4 控制量处理
7.4.5 自动/手动切换技术
7.5 软件抗干扰技术
7.5.1 数字滤波技术
7.5.2 开关量的软件抗干扰技术
7.5.3 指令冗余技术
7.5.4 软件陷阱技术
习题
第8章 分布式测控网络技术
8.1 工业网络技术
8.1.1 工业网络概述
8.1.2 数据通信编码技术
8.1.3 网络协议及其层次结构
8.1.4 IEEE 802标准
8.1.5 工业网络的性能评价和选型
8.2 集散控制系统
8.2.1 DCS概述
8.2.2 DCS的分散控制级
8.2.3 DCS的集中监控级
8.2.4 DCS的综合管理级
8.3 现场总线控制系统
8.3.1 现场总线概述
8.3.2 五种典型的现场总线
8.4 工业以太网测控系统
8.4.1 工业以太网概述
8.4.2 工业以太网测控系统设计
8.5 系统集成与综合自动化系统
8.5.1 系统集成
8.5.2 五层Purdue模型
8.5.3 ERP-MES-PCS三层结构
8.5.4 综合自动化系统的实现
8.6 网络化控制系统
8.6.1 网络化控制系统的定义
8.6.2 网络化控制系统的结构和模型
8.6.3 网络化控制系统的常见问题
8.6.4 网络化控制系统性能分析
8.7 工业互联网与智能工厂
8.7.1 无线传感器网络
8.7.2 物联网
8.7.3 工业大数据与工业互联网
8.7.4 数字化车间与智能工厂
习题
第9章 计算机控制系统设计与实现
9.1 系统设计的原则与步骤
9.1.1 系统设计的原则
9.1.2 系统设计的步骤
9.2 系统的工程设计与实现
9.2.1 系统总体方案设计
9.2.2 硬件的工程设计与实现
9.2.3 软件的工程设计与实现
9.2.4 系统的调试与运行
9.3 设计举例——啤酒发酵过程计算机控制系统
9.3.1 啤酒发酵工艺及控制要求
9.3.2 系统总体方案的设计
9.3.3 系统硬件和软件的设计
9.3.4 系统的安装调试运行及控制效果
9.4 设计举例——机器人关节运动计算机控制系统
9.4.1 PUMA560机器人的结构原理
9.4.2 机器人运动学方程
9.4.3 机器人动力学方程
9.4.4 机器人手臂的独立关节位置伺服控制
习题
参考文献
