本書(shū)是“十三五”江蘇省高等學(xué)校重點(diǎn)教材，著重介紹計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的概念、結(jié)構(gòu)與組成，理論基礎(chǔ)，控制算法，相關(guān)技術(shù)以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用實(shí)例。全書(shū)共6章，主要內(nèi)容以工控機(jī)、PLC為控制主機(jī)，工業(yè)鍋爐、船舶可調(diào)螺距螺旋槳、大型耙吸式挖泥船等為控制對(duì)象構(gòu)成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，講述計(jì)算機(jī)控制理論，常用數(shù)字控制技術(shù)與先進(jìn)控制技術(shù)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法、原則與步驟以及軟硬件的具體設(shè)計(jì)過(guò)程。本書(shū)內(nèi)容簡(jiǎn)明扼要，深入淺出，融入了作者多年教學(xué)與工程實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)與體會(huì)。書(shū)中有適量的例題與習(xí)題，并對(duì)其中部分應(yīng)用實(shí)例在MATLAB環(huán)境下進(jìn)行了仿真。
隨著計(jì)算機(jī)控制理論與控制技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)、社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)是電氣類、自動(dòng)化類及儀器類等專業(yè)的一門技術(shù)基礎(chǔ)課。本書(shū)是為普通高等院校計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程的學(xué)習(xí)者以及從事計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的工程技術(shù)人員而編寫(xiě)的。
本書(shū)以工控機(jī)、PLC為控制主機(jī)，工業(yè)鍋爐、船舶可調(diào)螺距螺旋槳、大型耙吸式挖泥船等為控制對(duì)象構(gòu)成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，從最基本的概念入手，引導(dǎo)讀者逐步掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的理論知識(shí)，掌握PID控制、模糊控制以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等算法，掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法、原則與步驟，具備設(shè)計(jì)具體控制對(duì)象的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的初步能力，了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中發(fā)展的新技術(shù)。
全書(shū)共6章，包括緒論，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)，PID控制、純滯后控制等常用數(shù)字控制技術(shù)，模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等先進(jìn)控制技術(shù)，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用實(shí)例。
本書(shū)特別注意闡明基本概念、方法以及設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)；在講清基本概念與基本方法的基礎(chǔ)上，用典型實(shí)例說(shuō)明其方法與應(yīng)用，以幫助讀者加深理解；內(nèi)容簡(jiǎn)明扼要、深入淺出，融入了作者多年教學(xué)與工程實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)與體會(huì)。書(shū)中有適量的例題與習(xí)題，幫助讀者鞏固和應(yīng)用所學(xué)到的知識(shí)。
本書(shū)由江蘇科技大學(xué)陳紅衛(wèi)教授任主編，袁偉、葉樹(shù)霞、李建禎、齊亮、李彥任副主編。
參加本書(shū)編寫(xiě)工作的還有俞孟蕻、張永林以及李眾。
本書(shū)在編寫(xiě)和出版過(guò)程中得到了許多領(lǐng)導(dǎo)、同行及學(xué)生的幫助，特別是上海海事大學(xué)虞旦老師的幫助。他們?yōu)楸緯?shū)提出了許多寶貴意見(jiàn)，在此一并表示衷心的感謝。
本書(shū)在編寫(xiě)過(guò)程中參考了有關(guān)作者的書(shū)籍，在此謹(jǐn)表謝意。
由于編者的水平有限，加上時(shí)間倉(cāng)促，書(shū)中疏漏與不當(dāng)之處在所難免，敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正。
編者于鎮(zhèn)江
目 錄
前 言
第1 章 緒論 1
1.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本概念 1
1.1.1 開(kāi)環(huán)控制與閉環(huán)控制 1
1.1.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的含義 2
1.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成 3
1.2.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)成 3
1.2.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件構(gòu)成 4
1.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的典型類型 5
1.3.1 操作指導(dǎo)控制系統(tǒng) 5
1.3.2 直接數(shù)字控制系統(tǒng) 6
1.3.3 監(jiān)督控制系統(tǒng) 6
1.3.4 集散控制系統(tǒng) 7
1.3.5 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng) 8
1.4 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展概況與趨勢(shì) 9
1.4.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展概況 9
1.4.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) 10
習(xí) 題 13
第2 章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的理論基礎(chǔ) 14
2.1 連續(xù)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的表示方法 14
2.1.1 控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型及其類型 14
2.1.2 建立數(shù)學(xué)模型的方法 15
2.1.3 控制系統(tǒng)中基本環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù) 17
2.1.4 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖及其等效變換 18
2.1.5 反饋控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù) 20
2.2 連續(xù)信號(hào)的離散化 21
2.2.1 信號(hào)的采樣與恢復(fù) 21
2.2.2 采樣周期的選擇 22
2.3 Z 變換與反變換 23
2.3.1 Z 變換的定義 23
2.3.2 Z 變換方法 23
2.3.3 Z 變換的基本定理 25
2.3.4 Z 反變換 27
2.4 離散系統(tǒng)與差分方程 28
目 錄
V
2.4.1 離散系統(tǒng) 28
2.4.2 差分方程 29
2.4.3 差分方程求解 29
2.5 離散系統(tǒng)的傳遞函數(shù) 31
2.5.1 Z 傳遞函數(shù)的定義 31
2.5.2 Z 傳遞函數(shù)的求法 31
2.5.3 開(kāi)環(huán)Z 傳遞函數(shù) 32
2.5.4 閉環(huán)Z 傳遞函數(shù) 33
2.6 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的性能分析 34
2.6.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 34
2.6.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差分析 37
2.6.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的響應(yīng)特性分析 38
習(xí)題 41
第3 章 常用數(shù)字控制技術(shù) 43
3.1 最少拍數(shù)字控制 43
3.1.1 最少拍數(shù)字控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 43
3.1.2 最少拍無(wú)紋波控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 46
3.2 模擬化設(shè)計(jì)方法 47
3.2.1 模擬設(shè)計(jì)的步驟 47
3.2.2 D(s)離散化成D(z)的方法 48
3.3 PID 控制 51
3.3.1 模擬PID 控制 52
3.3.2 數(shù)字PID 控制 52
3.3.3 改進(jìn)的數(shù)字PID 控制 54
3.3.4 數(shù)字PID 控制器的參數(shù)選定 58
3.3.5 數(shù)字PID 控制器應(yīng)用實(shí)例 61
3.4 純滯后控制 64
3.4.1 史密斯（Smith）預(yù)估控制 64
3.4.2 大林（Dahllin）算法 68
3.5 串級(jí)控制 73
3.5.1 串級(jí)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn) 73
3.5.2 串級(jí)控制算法 75
3.5.3 串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 75
3.6 前饋-反饋控制 76
3.6.1 前饋-反饋控制的概念 76
3.6.2 前饋-反饋控制系統(tǒng)的原理和結(jié)構(gòu) 76
3.6.3 數(shù)字前饋-反饋控制算法 78
3.7 解耦控制 79
3.7.1 耦合控制系統(tǒng) 79
3.7.2 解耦控制原理 80
3.7.3 數(shù)字解耦控制算法 81
習(xí)題 82
第4 章 先進(jìn)控制技術(shù) 83
4.1 概述 83
4.2 模糊控制技術(shù) 84
4.2.1 模糊控制的數(shù)學(xué)基礎(chǔ) 85
4.2.2 模糊控制原理 87
4.2.3 模糊控制器 87
4.2.4 模糊控制算法仿真 93
4.2.5 模糊控制算法應(yīng)用實(shí)例 96
4.3 預(yù)測(cè)控制技術(shù) 98
4.3.1 預(yù)測(cè)模型 99
4.3.2 預(yù)測(cè)控制算法 105
4.3.3 預(yù)測(cè)控制算法仿真111
4.4 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)112
4.4.1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)113
4.4.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制118
4.4.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法仿真 121
習(xí)題 124
第5 章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 126
5.1 設(shè)計(jì)原則與步驟 126
5.1.1 設(shè)計(jì)原則 126
5.1.2 設(shè)計(jì)步驟 127
5.2 控制主機(jī) 129
5.2.1 工業(yè)控制計(jì)算機(jī) 130
5.2.2 可編程序控制器 132
5.3 控制軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái) 137
5.3.1 工業(yè)組態(tài)軟件 137
5.3.2 PLC 軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境 140
5.4 工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò) 142
5.4.1 控制網(wǎng)絡(luò)的類型與特點(diǎn) 142
5.4.2 現(xiàn)場(chǎng)總線 142
5.4.3 工業(yè)以太網(wǎng) 144
5.5 系統(tǒng)數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù) 145
5.5.1 采樣數(shù)據(jù)的合理性判別與報(bào)警 146
5.5.2 數(shù)字濾波 146
5.5.3 數(shù)值變換 148
5.6 系統(tǒng)抗干擾與可靠性技術(shù) 150
5.6.1 干擾來(lái)源 151
5.6.2 硬件抗干擾技術(shù) 151
5.6.3 系統(tǒng)供電與接地技術(shù) 152
5.6.4 軟件可靠性技術(shù) 156
5.7 硬件與軟件的具體設(shè)計(jì) 157
5.7.1 硬件的具體設(shè)計(jì) 157
5.7.2 軟件的具體設(shè)計(jì) 160
習(xí)題 163
第6 章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用實(shí)例 164
6.1 鍋爐控制系統(tǒng) 164
6.1.1 鍋爐工藝流程 164
6.1.2 鍋爐控制對(duì)象分析 165
6.1.3 控制規(guī)律的選擇 166
6.1.4 鍋爐控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 168
6.1.5 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 169
6.1.6 檢測(cè)裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu) 170
6.1.7 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 170
6.2 船舶可調(diào)螺距螺旋槳控制系統(tǒng) 170
6.2.1 調(diào)距槳及其控制方式 171
6.2.2 調(diào)距槳航速控制原理 172
6.2.3 調(diào)距槳控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 172
6.2.4 調(diào)距槳遙控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 173
6.2.5 調(diào)距槳遙控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 177
6.2.6 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 181
6.3 大型耙吸式挖泥船集成控制系統(tǒng) 188
6.3.1 耙吸式挖泥船集成控制系統(tǒng)概況 188
6.3.2 系統(tǒng)組成和功能 188
6.3.3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 192
6.3.4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 194
6.4 船舶綜合計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 198
6.4.1 船舶自動(dòng)化概述 198
6.4.2 船舶自動(dòng)化典型產(chǎn)品介紹 199
習(xí)題 205
附錄 206
附錄A 常用Z 變換表 206
附錄B 典型模糊隸屬度函數(shù) 207
參考文獻(xiàn) 208
書(shū)單推薦
