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《北京市精品立項(xiàng)教材：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)》對(duì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本概念、組成原理、設(shè)計(jì)方法及應(yīng)用進(jìn)行了論述，主要內(nèi)容包括計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)、數(shù)字PID控制器、直接數(shù)字控制器等。

　　本書(shū)是作者在早期出版的《微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)》和《微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》基礎(chǔ)上，綜合了近年來(lái)作者在北方工業(yè)大學(xué)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及自動(dòng)化北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的科研成果，吸收了國(guó)內(nèi)外先進(jìn)控制理論、技術(shù)和方法，經(jīng)過(guò)反復(fù)修改和總結(jié)編著定稿的。本書(shū)被評(píng)為北京市精品立項(xiàng)教材。
　　本書(shū)系統(tǒng)地闡述了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成原理、控制結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)方法和實(shí)現(xiàn)方法，重視理論聯(lián)系實(shí)際，重視解決工程實(shí)際中出現(xiàn)的問(wèn)題。在編寫(xiě)過(guò)程中，本書(shū)盡量做到重點(diǎn)突出、層次分明、條例清晰，并列舉了大量工程實(shí)用技術(shù)和應(yīng)用實(shí)例，建立了一套比較完整、科學(xué)和實(shí)用的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的基本體系。
　　全書(shū)共12章。第1章是對(duì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)要概述，包括計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成、結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、分類與發(fā)展前景等。第2章講述了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)，包括計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的信號(hào)變換、數(shù)學(xué)描述方法、脈沖傳遞函數(shù)及其系統(tǒng)分析等。隨后的幾章介紹了幾種數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)方法：第3章是數(shù)字PID控制，包括基本PID算法、改進(jìn)PID算法、：PID參數(shù)整定方法以及自抗擾控制器；第4章是直接數(shù)字控制器，包括控制器的設(shè)計(jì)原理、最少拍控制、大林算法以及控制器的實(shí)現(xiàn)方法；第5章是基于狀態(tài)空間模型的設(shè)計(jì)方法，包括狀態(tài)空間模型描述、能控性、能觀性與穩(wěn)定性分析、狀態(tài)反饋控制、狀態(tài)觀測(cè)器設(shè)計(jì)與最優(yōu)二次型控制等內(nèi)容；第6章是模型預(yù)測(cè)控制，包括模型預(yù)測(cè)控制的基本原理和幾種典型的預(yù)測(cè)控制方法；第7章是模糊控制和神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制，包括模糊控制原理、模糊PID控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制和單神經(jīng)元PID控制方法。第8章～第10章介紹了計(jì)算機(jī)控制的技術(shù)實(shí)現(xiàn)問(wèn)題：第8章是過(guò)程輸入輸出通道，包括模擬量輸入通道、模擬量輸出通道、數(shù)字量輸入通道、數(shù)字量輸出通道以及通道中隔離電路的設(shè)計(jì)；第9章是人機(jī)接口技術(shù)，包括各種信息輸入、輸出裝置以及鍵盤(pán)顯示器的典型接口電路；第10章是抗干擾技術(shù)，包括計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中干擾的來(lái)源和分類以及抗干擾的措施。第1l章講述了微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)，包括設(shè)計(jì)的方法和步驟以及全數(shù)字位置伺服系統(tǒng)、全數(shù)字雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)、恒壓調(diào)速供水系統(tǒng)、數(shù)字呼吸機(jī)控制系統(tǒng)等四個(gè)應(yīng)用實(shí)例。第12章介紹了工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)，包括工控機(jī)系統(tǒng)、集散控制系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)等內(nèi)容。本書(shū)第1章～第4章、第8章、第11章由孫德輝教授編寫(xiě)，第5章一第7章由李志軍副教授編寫(xiě)，第9章、第10章、第12章由史運(yùn)濤副教授編寫(xiě)，劉大千、李月恒參與了編寫(xiě)和修訂。
　　本書(shū)可以作為自動(dòng)化、電氣工程和計(jì)算機(jī)應(yīng)用等專業(yè)高年級(jí)本科生和研究生的教材，也可作為廣大科研和工程技術(shù)人員的參考書(shū)。
　　由于作者水平有限，書(shū)中內(nèi)容難免存在一些缺點(diǎn)和不足，殷切希望廣大讀者批評(píng)指正。

　�。�1）直接控制層軟件——完成系統(tǒng)的直接控制功能；
　�。�2）監(jiān)督控制層軟件——完成系統(tǒng)的監(jiān)督控制和人機(jī)界面功能；
　�。�3）高層管理軟件——完成系統(tǒng)的高層生產(chǎn)調(diào)度管理功能。
　　這三個(gè)層次的軟件分別具有自己的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和圍繞各自數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的處理程序，以實(shí)現(xiàn)各個(gè)層次的功能。各個(gè)層次的軟件之間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信和功能協(xié)調(diào)，低層軟件為高層軟件提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的支持，而系統(tǒng)則通過(guò)逐層提高的軟件實(shí)現(xiàn)比低一層軟件更多的功能和控制范圍。從數(shù)據(jù)本身所代表的物理意義來(lái)看，底層數(shù)據(jù)比較簡(jiǎn)單，它們主要反映的是測(cè)量值，主要是作為控制計(jì)算的原始數(shù)據(jù)；而高層數(shù)據(jù)則逐級(jí)增加復(fù)雜程度，監(jiān)督控制層的數(shù)據(jù)除反映測(cè)量值外，還要反映生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，為操作人員掌握生產(chǎn)過(guò)程提供依據(jù)，因此需要增加很多特性，這就要對(duì)直接控制層提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的篩選和加工，使這些數(shù)據(jù)具備所需的特性；在高級(jí)管理層，原始數(shù)據(jù)除了要反映其測(cè)量值、生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)外，還要反映生產(chǎn)調(diào)度信息、生產(chǎn)質(zhì)量信息及設(shè)備管理信息等，為生產(chǎn)管理人員和企業(yè)經(jīng)營(yíng)人員提供經(jīng)營(yíng)管理信息，因此還要對(duì)監(jiān)督控制層提供的數(shù)據(jù)再次進(jìn)行篩選和加工，并且還要派生出一些新的數(shù)據(jù)，使其攜帶所需的信息。這種逐級(jí)增加并不斷豐富數(shù)據(jù)內(nèi)容的體系結(jié)構(gòu)正是現(xiàn)代DCS的最大特點(diǎn)。
　　按照上述的三個(gè)功能層次，系統(tǒng)將具有直接控制、監(jiān)督控制和高級(jí)管理這三個(gè)層次的數(shù)據(jù)庫(kù)。這些數(shù)據(jù)庫(kù)將分布在不同的節(jié)點(diǎn)上，因此需要通過(guò)各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的網(wǎng)絡(luò)通信軟件將各個(gè)層次的數(shù)據(jù)庫(kù)聯(lián)系在一起，并對(duì)數(shù)據(jù)內(nèi)涵的逐級(jí)豐富提供網(wǎng)絡(luò)支持。因此，可以說(shuō)一個(gè)DCS系統(tǒng)的軟件體系結(jié)構(gòu)，主要決定于數(shù)據(jù)庫(kù)的組織方式和各個(gè)功能節(jié)點(diǎn)之間的網(wǎng)絡(luò)通信方式，這兩個(gè)要素的不同，決定了各家DCS的軟件體系結(jié)構(gòu)，而且也造成了各家DCS的特點(diǎn)、性能及使用等諸方面的不同。
　　DCS中的數(shù)據(jù)庫(kù)有其自己的特點(diǎn)：
　�。�1）DCS這樣的實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，特別是直接控制層和監(jiān)督控制層的數(shù)據(jù)庫(kù)主要是指實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)比較注重?cái)?shù)據(jù)訪問(wèn)的實(shí)時(shí)性，因此實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)都是建立在內(nèi)存之中的，其容量也不是很大，一般在MB數(shù)量級(jí)。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都比較簡(jiǎn)單。
　　（2）I）CS的數(shù)據(jù)庫(kù)是分布結(jié)構(gòu)，借助網(wǎng)絡(luò)通信才能夠?qū)崿F(xiàn)各種所期望的功能。例如，DCS中所有的現(xiàn)場(chǎng)I／0被分在若干現(xiàn)場(chǎng)控制站中，絕大部分的直接控制功能均可從本站得到原始數(shù)據(jù)，但也必然有一小部分功能要使用到不在本站的數(shù)據(jù)，這就需要進(jìn)行引用，即通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將其他站的數(shù)據(jù)讀取過(guò)來(lái)參加控制計(jì)算。如何才能夠保證這種引用達(dá)到快速、準(zhǔn)確及盡量少地占用網(wǎng)絡(luò)資源，這就是系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所要解決的問(wèn)題，其中包括網(wǎng)絡(luò)的規(guī)約、網(wǎng)絡(luò)通信的方式、物理I／0點(diǎn)的分站設(shè)計(jì)及各類功能軟件如何分布的設(shè)計(jì)等。
　　通過(guò)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，各個(gè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)將最新的數(shù)據(jù)廣播到各個(gè)操作員站上，以實(shí)現(xiàn)全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)的刷新。隨著DCS規(guī)模的不斷擴(kuò)大和系統(tǒng)監(jiān)控功能的不斷加強(qiáng)，DCS逐步演變成帶有服務(wù)器的Chent／Sever結(jié)構(gòu)，而全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)也成為一種單備份的集中數(shù)據(jù)庫(kù)形式。各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站通過(guò)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)服務(wù)器的全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)更新，而操作員站和其他專用功能節(jié)點(diǎn)則通過(guò)更高一層的網(wǎng)絡(luò)（在物理上可以與系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)是同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)）從服務(wù)器上取得數(shù)據(jù)以實(shí)現(xiàn)本節(jié)點(diǎn)的功能，或在本節(jié)點(diǎn)上保存一個(gè)全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)的子集，通過(guò)實(shí)時(shí)更新的方法以滿足本節(jié)點(diǎn)的功能對(duì)數(shù)據(jù)的需求。

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