计算机控制技术
定价：￥69.00
作者： 范立南，李雪飞，范志彬
出版时间：2025-04
出版社：机械工业出版社
- 机械工业出版社
- 9787893864421
- 561993
- 2025-04
- 工学
- 电气类
- 电气工程与智能控制
- 本科
内容简介
本数字教材是在范立南等编著的《计算机控制技术》（第3版）教材基础上制作的。本书系统阐述了计算机控制系统的分析方法、设计方法以及在工程上的实际应用。主要内容包括：计算机控制系统的组成与分类，计算机控制系统中的过程通道，数据处理与人机交互技术，计算机控制系统特性分析，数字PID及其算法，直接数字控制，模糊控制技术，计算机控制系统的可靠性与抗干扰技术，网络化控制系统，计算机控制系统的设计与实现。本书注重理论与应用、软件与硬件、设计与实现的有机结合，重视解决工程实际问题。为了便于教学和自学，读者可通过观看本书中相关知识点的音视频加深与拓展学习内容，并且本书每章都配有不同类型的习题。为满足当下教学要求，本书增加了课程思政内容。
本书配有免费电子课件、课程授课视频、配套的实验指导及习题解答，欢迎选用本书作教材的老师登录www.cmpedu.com注册下载。
本书可作为普通高等院校电气工程及其自动化、自动化、电子信息工程等相关专业的本科生和研究生的教材，也可作为科研和工程技术人员的参考书。
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目录
前言
第1章 计算机控制系统概述
1.1 自动控制系统的一般形式
1.2 计算机控制系统的一般概念与组成
1.2.1 计算机控制系统的一般概念
1.2.2 计算机控制系统的组成
1.3 常见的工业控制计算机及特点
1.3.1 单片机
1.3.2 可编程序控制器
1.3.3 工控机
1.4 计算机控制系统的分类
1.4.1 数据采集系统
1.4.2 直接数字控制系统
1.4.3 监督计算机控制系统
1.4.4 集散控制系统
1.4.5 计算机集成制造系统
1.4.6 现场总线控制系统
1.4.7 嵌入式控制系统
1.5 计算机控制的发展
1.5.1 计算机控制技术及其发展
1.5.2 计算机控制系统的发展
1.5.3 计算机控制理论和新型控制策略
1.5.4 计算机控制系统的发展趋势
习题1
第2章 计算机控制系统中的过程通道
2.1 传感器与执行器
2.1.1 传感器与变送器
2.1.2 执行器及其分类
2.1.3 伺服电动机和步进电动机
2.2 信号的采样与恢复
2.2.1 信号的采样过程
2.2.2 采样定理
2.2.3 信息的恢复过程和零阶保持器
2.3 I/O编址方式与地址译码方法
2.3.1 I/O编址方式
2.3.2 I/O地址译码方法
2.4 模拟量输入通道
2.4.1 模拟量输入通道的一般组成
2.4.2 A/D转换器接口逻辑设计要点
2.4.3 典型A/D转换器与计算机的接口设计
2.5 模拟量输出通道
2.5.1 模拟量输出通道的结构形式
2.5.2 D/A转换器的结构特性与应用特性
2.5.3 D/A转换器与计算机的接口设计
2.6 数字量输入/输出通道
2.6.1 数字量输入通道
2.6.2 数字量输出通道
2.6.3 数字量输入/输出通道设计
习题2
第3章 数据处理与人机交互技术
3.1 数字滤波
3.1.1 程序判断滤波
3.1.2 算术平均值滤波
3.1.3 加权平均值滤波
3.1.4 中值滤波
3.1.5 去极值平均滤波
3.1.6 滑动平均滤波
3.1.7 低通数字滤波
3.1.8 复合滤波
3.2 线性化处理
3.2.1 线性插值法
3.2.2 分段插值算法程序的设计方法
3.3 标度变换
3.3.1 线性参数标度变换
3.3.2 非线性参数标度变换
3.4 越限报警
3.4.1 软件报警程序设计
3.4.2 直接报警程序设计
3.5 键盘接口技术
3.5.1 键盘的组成、特点及消除抖动的措施
3.5.2 独立式按键接口技术
3.5.3 矩阵式键盘接口技术
3.5.4 双功能键的设计及重键处理技术
3.6 显示接口技术
3.6.1 LED显示器接口技术
3.6.2 LCD显示器接口技术
习题3
第4章 计算机控制系统特性分析
4.1 离散系统
4.1.1 采样控制系统
4.1.2 数字控制系统
4.1.3 计算机控制系统与采样控制系统的关系
4.1.4 离散控制系统的特点
4.1.5 离散系统的分类
4.2 计算机控制系统的稳定性分析
4.2.1 Z变换与拉普拉斯变换的对比
4.2.2 Z变换的主要性质和定理
4.2.3 S平面与Z平面的映射关系
4.2.4 离散系统的稳定域
4.2.5 劳斯稳定判据在离散系统的应用
4.3 计算机控制系统的动态响应分析
4.3.1 Z平面上极点分布与单位脉冲响应的关系
4.3.2 用脉冲传递函数分析离散系统的动态特性
4.4 计算机控制系统的稳态误差分析
4.4.1 Z变换终值定理法求稳态误差
4.4.2 典型输入信号作用下的稳态误差分析
习题4
第5章 数字PID及其算法
5.1 PID算法的离散化
5.2 位置式PID算法
5.3 增量式PID算法
5.4 数字PID算法的改进
5.4.1 积分分离PID算法
5.4.2 不完全微分PID算法
5.4.3 变速积分PID算法
5.4.4 带死区的PID算法
5.4.5 PID比率控制
5.5 PID算法程序的实现
5.5.1 位置式PID算法的程序设计
5.5.2 增量式PID算法的程序设计
5.5.3 积分分离PID算法的程序设计
5.6 数字PID算法的参数整定
5.6.1 采样周期T的确定
5.6.2 扩充临界比例度法
5.6.3 扩充响应曲线法
5.6.4 归一参数整定法
5.6.5 优选法
习题5
第6章 直接数字控制
6.1 最少拍计算机控制系统的设计
6.1.1 最少拍控制系统数字控制器分析
6.1.2 最少拍控制系统数字控制器的设计
6.2 最少拍无纹波计算机控制系统的设计
6.2.1 单位阶跃输入最少拍无纹波系统的设计
6.2.2 单位速度输入最少拍无纹波系统的设计
6.2.3 最少拍无纹波系统设计举例
6.3 大林算法
6.3.1 大林算法的D（z）基本形式
6.3.2 振铃现象及其消除方法
6.3.3 大林算法的设计步骤
6.4 数字控制器D（z）的实现方法
6.4.1 直接程序设计法
6.4.2 串行程序设计法
6.4.3 并行程序设计法
6.4.4 数字控制器的设计
习题6
第7章 模糊控制技术
7.1 模糊集合及模糊集合运算
7.1.1 模糊集合的概念
7.1.2 模糊集合的表示方法
7.1.3 模糊集合的基本运算
7.2 模糊关系及模糊关系运算
7.2.1 模糊关系的定义
7.2.2 模糊矩阵
7.2.3 模糊矩阵的运算
7.2.4 模糊关系的合成
7.3 模糊逻辑与近似推理
7.3.1 语言变量
7.3.2 模糊蕴含关系
7.3.3 句子连接关系的逻辑运算
7.3.4 近似推理
7.4 模糊控制系统的结构及其工作原理
7.4.1 模糊控制系统的基本组成
7.4.2 模糊控制系统的工作原理
7.4.3 模糊控制的特点
7.5 模糊控制器设计
7.5.1 模糊控制器的基本结构
7.5.2 模糊控制器的设计要求
7.5.3 模糊控制器的结构设计
7.5.4 精确输入量的模糊化
7.5.5 模糊控制规则库及推理机制的设计
7.5.6 模糊推理
7.5.7 清晰化计算
7.5.8 模糊论域为离散的离线计算与在线控制
7.5.9 模糊控制器的算法程序实现
7.6 模糊PID控制
7.7 模糊控制的应用领域
习题7
第8章 计算机控制系统的可靠性与抗干扰技术
8.1 工业现场的干扰及其对系统的影响
8.1.1 干扰的来源
8.1.2 干扰窜入计算机控制系统的主要途径
8.1.3 干扰的耦合方式
8.2 计算机控制系统的硬件抗干扰技术
8.2.1 过程通道干扰的抑制
8.2.2 反射波干扰的抑制
8.2.3 空间干扰的抑制
8.2.4 RAM数据掉电保护
8.3 计算机控制系统的接地和电源保护技术
8.3.1 计算机控制系统的接地技术
8.3.2 计算机控制系统的电源保护技术
8.4 计算机控制系统的软件抗干扰技术
8.4.1 指令冗余技术
8.4.2 软件陷阱技术
8.4.3 故障自动恢复处理程序
8.4.4 Watchdog技术
习题8
第9章 网络化控制系统
9.1 集散控制系统
9.1.1 集散控制系统的产生与发展
9.1.2 集散控制系统的体系结构
9.1.3 集散控制系统的特点
9.2 现场总线控制系统
9.2.1 现场总线控制系统概述
9.2.2 几种有影响的现场总线
9.2.3 现场总线控制系统的体系结构
9.3 工业互联网系统
9.3.1 工业互联网的内涵
9.3.2 工业互联网平台与工业APP
9.3.3 工业互联网的体系架构
9.3.4 工业互联网系统的关键技术
习题9
第10章 计算机控制系统的设计与实现
10.1 系统设计的基本要求和特点
10.1.1 系统设计的基本要求
10.1.2 系统设计的特点
10.2 计算机控制系统的设计方法及步骤
10.2.1 控制系统总体方案的确定
10.2.2 计算机及接口的选择
10.2.3 控制算法的选择
10.2.4 控制系统的硬件设计
10.2.5 控制系统的软件设计
10.2.6 计算机控制系统的调试
10.3 产品自动装箱控制系统
10.3.1 产品自动装箱控制系统的原理及操作流程
10.3.2 产品自动装箱控制系统的硬件设计
10.3.3 产品自动装箱控制系统的软件设计
10.4 自动剪切机控制系统
10.4.1 自动剪切机的组成及工作过程
10.4.2 自动剪切机控制系统的硬件设计
10.4.3 自动剪切机控制系统的软件设计
10.5 智慧农业温室大棚测控系统
10.5.1 系统总体方案设计
10.5.2 温室大棚温湿度模糊控制
10.5.3 智能温室大棚测控系统软件设计
10.5.4 智能温室大棚测控系统界面设计
习题10
附录 以C51编程实现的软件设计程序
参考文献
第1章 计算机控制系统概述
1.1 自动控制系统的一般形式
1.2 计算机控制系统的一般概念与组成
1.2.1 计算机控制系统的一般概念
1.2.2 计算机控制系统的组成
1.3 常见的工业控制计算机及特点
1.3.1 单片机
1.3.2 可编程序控制器
1.3.3 工控机
1.4 计算机控制系统的分类
1.4.1 数据采集系统
1.4.2 直接数字控制系统
1.4.3 监督计算机控制系统
1.4.4 集散控制系统
1.4.5 计算机集成制造系统
1.4.6 现场总线控制系统
1.4.7 嵌入式控制系统
1.5 计算机控制的发展
1.5.1 计算机控制技术及其发展
1.5.2 计算机控制系统的发展
1.5.3 计算机控制理论和新型控制策略
1.5.4 计算机控制系统的发展趋势
习题1
第2章 计算机控制系统中的过程通道
2.1 传感器与执行器
2.1.1 传感器与变送器
2.1.2 执行器及其分类
2.1.3 伺服电动机和步进电动机
2.2 信号的采样与恢复
2.2.1 信号的采样过程
2.2.2 采样定理
2.2.3 信息的恢复过程和零阶保持器
2.3 I/O编址方式与地址译码方法
2.3.1 I/O编址方式
2.3.2 I/O地址译码方法
2.4 模拟量输入通道
2.4.1 模拟量输入通道的一般组成
2.4.2 A/D转换器接口逻辑设计要点
2.4.3 典型A/D转换器与计算机的接口设计
2.5 模拟量输出通道
2.5.1 模拟量输出通道的结构形式
2.5.2 D/A转换器的结构特性与应用特性
2.5.3 D/A转换器与计算机的接口设计
2.6 数字量输入/输出通道
2.6.1 数字量输入通道
2.6.2 数字量输出通道
2.6.3 数字量输入/输出通道设计
习题2
第3章 数据处理与人机交互技术
3.1 数字滤波
3.1.1 程序判断滤波
3.1.2 算术平均值滤波
3.1.3 加权平均值滤波
3.1.4 中值滤波
3.1.5 去极值平均滤波
3.1.6 滑动平均滤波
3.1.7 低通数字滤波
3.1.8 复合滤波
3.2 线性化处理
3.2.1 线性插值法
3.2.2 分段插值算法程序的设计方法
3.3 标度变换
3.3.1 线性参数标度变换
3.3.2 非线性参数标度变换
3.4 越限报警
3.4.1 软件报警程序设计
3.4.2 直接报警程序设计
3.5 键盘接口技术
3.5.1 键盘的组成、特点及消除抖动的措施
3.5.2 独立式按键接口技术
3.5.3 矩阵式键盘接口技术
3.5.4 双功能键的设计及重键处理技术
3.6 显示接口技术
3.6.1 LED显示器接口技术
3.6.2 LCD显示器接口技术
习题3
第4章 计算机控制系统特性分析
4.1 离散系统
4.1.1 采样控制系统
4.1.2 数字控制系统
4.1.3 计算机控制系统与采样控制系统的关系
4.1.4 离散控制系统的特点
4.1.5 离散系统的分类
4.2 计算机控制系统的稳定性分析
4.2.1 Z变换与拉普拉斯变换的对比
4.2.2 Z变换的主要性质和定理
4.2.3 S平面与Z平面的映射关系
4.2.4 离散系统的稳定域
4.2.5 劳斯稳定判据在离散系统的应用
4.3 计算机控制系统的动态响应分析
4.3.1 Z平面上极点分布与单位脉冲响应的关系
4.3.2 用脉冲传递函数分析离散系统的动态特性
4.4 计算机控制系统的稳态误差分析
4.4.1 Z变换终值定理法求稳态误差
4.4.2 典型输入信号作用下的稳态误差分析
习题4
第5章 数字PID及其算法
5.1 PID算法的离散化
5.2 位置式PID算法
5.3 增量式PID算法
5.4 数字PID算法的改进
5.4.1 积分分离PID算法
5.4.2 不完全微分PID算法
5.4.3 变速积分PID算法
5.4.4 带死区的PID算法
5.4.5 PID比率控制
5.5 PID算法程序的实现
5.5.1 位置式PID算法的程序设计
5.5.2 增量式PID算法的程序设计
5.5.3 积分分离PID算法的程序设计
5.6 数字PID算法的参数整定
5.6.1 采样周期T的确定
5.6.2 扩充临界比例度法
5.6.3 扩充响应曲线法
5.6.4 归一参数整定法
5.6.5 优选法
习题5
第6章 直接数字控制
6.1 最少拍计算机控制系统的设计
6.1.1 最少拍控制系统数字控制器分析
6.1.2 最少拍控制系统数字控制器的设计
6.2 最少拍无纹波计算机控制系统的设计
6.2.1 单位阶跃输入最少拍无纹波系统的设计
6.2.2 单位速度输入最少拍无纹波系统的设计
6.2.3 最少拍无纹波系统设计举例
6.3 大林算法
6.3.1 大林算法的D（z）基本形式
6.3.2 振铃现象及其消除方法
6.3.3 大林算法的设计步骤
6.4 数字控制器D（z）的实现方法
6.4.1 直接程序设计法
6.4.2 串行程序设计法
6.4.3 并行程序设计法
6.4.4 数字控制器的设计
习题6
第7章 模糊控制技术
7.1 模糊集合及模糊集合运算
7.1.1 模糊集合的概念
7.1.2 模糊集合的表示方法
7.1.3 模糊集合的基本运算
7.2 模糊关系及模糊关系运算
7.2.1 模糊关系的定义
7.2.2 模糊矩阵
7.2.3 模糊矩阵的运算
7.2.4 模糊关系的合成
7.3 模糊逻辑与近似推理
7.3.1 语言变量
7.3.2 模糊蕴含关系
7.3.3 句子连接关系的逻辑运算
7.3.4 近似推理
7.4 模糊控制系统的结构及其工作原理
7.4.1 模糊控制系统的基本组成
7.4.2 模糊控制系统的工作原理
7.4.3 模糊控制的特点
7.5 模糊控制器设计
7.5.1 模糊控制器的基本结构
7.5.2 模糊控制器的设计要求
7.5.3 模糊控制器的结构设计
7.5.4 精确输入量的模糊化
7.5.5 模糊控制规则库及推理机制的设计
7.5.6 模糊推理
7.5.7 清晰化计算
7.5.8 模糊论域为离散的离线计算与在线控制
7.5.9 模糊控制器的算法程序实现
7.6 模糊PID控制
7.7 模糊控制的应用领域
习题7
第8章 计算机控制系统的可靠性与抗干扰技术
8.1 工业现场的干扰及其对系统的影响
8.1.1 干扰的来源
8.1.2 干扰窜入计算机控制系统的主要途径
8.1.3 干扰的耦合方式
8.2 计算机控制系统的硬件抗干扰技术
8.2.1 过程通道干扰的抑制
8.2.2 反射波干扰的抑制
8.2.3 空间干扰的抑制
8.2.4 RAM数据掉电保护
8.3 计算机控制系统的接地和电源保护技术
8.3.1 计算机控制系统的接地技术
8.3.2 计算机控制系统的电源保护技术
8.4 计算机控制系统的软件抗干扰技术
8.4.1 指令冗余技术
8.4.2 软件陷阱技术
8.4.3 故障自动恢复处理程序
8.4.4 Watchdog技术
习题8
第9章 网络化控制系统
9.1 集散控制系统
9.1.1 集散控制系统的产生与发展
9.1.2 集散控制系统的体系结构
9.1.3 集散控制系统的特点
9.2 现场总线控制系统
9.2.1 现场总线控制系统概述
9.2.2 几种有影响的现场总线
9.2.3 现场总线控制系统的体系结构
9.3 工业互联网系统
9.3.1 工业互联网的内涵
9.3.2 工业互联网平台与工业APP
9.3.3 工业互联网的体系架构
9.3.4 工业互联网系统的关键技术
习题9
第10章 计算机控制系统的设计与实现
10.1 系统设计的基本要求和特点
10.1.1 系统设计的基本要求
10.1.2 系统设计的特点
10.2 计算机控制系统的设计方法及步骤
10.2.1 控制系统总体方案的确定
10.2.2 计算机及接口的选择
10.2.3 控制算法的选择
10.2.4 控制系统的硬件设计
10.2.5 控制系统的软件设计
10.2.6 计算机控制系统的调试
10.3 产品自动装箱控制系统
10.3.1 产品自动装箱控制系统的原理及操作流程
10.3.2 产品自动装箱控制系统的硬件设计
10.3.3 产品自动装箱控制系统的软件设计
10.4 自动剪切机控制系统
10.4.1 自动剪切机的组成及工作过程
10.4.2 自动剪切机控制系统的硬件设计
10.4.3 自动剪切机控制系统的软件设计
10.5 智慧农业温室大棚测控系统
10.5.1 系统总体方案设计
10.5.2 温室大棚温湿度模糊控制
10.5.3 智能温室大棚测控系统软件设计
10.5.4 智能温室大棚测控系统界面设计
习题10
附录 以C51编程实现的软件设计程序
参考文献
