计算机集成控制系统

2007年电子工业出版社出版的图书

《计算机集成控制系统》是2007年04月电子工业出版社出版的图书，作者是赵英凯。

内容简介

《计算机集成控制系统》全书共分10章。第1章是计算机集成控制系统的一般介绍；第2章主要从硬件角度介绍计算机集成控制系统通道配置与接口技术；第3章概述计算机控制基本理论与设计；第4章介绍计算机常规控制算法及实施技术；第5章介绍部分先进控制与智能控制算法和实施技术；第6章介绍监控组态软件的设计思想与组成结构；第7章介绍计算机集成控制系统中的数据交换技术；第8章介绍工业以太网及b/s结构的web数据库技术；第9章主要介绍基于web的实时信息集成系统的设计与实现；第10章介绍计算机集成控制系统的若干应用实例。

当前工业企业自动化整体解决方案一般包括企业资源计划（ERP）、生产执行系统（MES）和过程控制系统（PCS）等多个层次。本书的内容不只停留在PCS，而是向上延伸到MES的部分内容。本书力图突出计算机集成控制系统设计和组成的技术思想和路线。

本书可作为高等院校自动化、电气工程及其自动化、计算机应用、电子信息工程等相关专业的本科生、研究生的教材，也可作为广大科技工作者和工程技术人员的参考书。

第1章计算机集成控制系统概述

1.1计算机控制的发展过程

1.2计算机控制系统分类

1.2.1新型DCS控制系统

1.2.2现场总线控制系统（FCS）

1.2.3PLC控制系统

1.2.4IPC控制系统

1.2.5嵌入式计算机控制系统

1.3计算机控制的发展与趋势

1.3.1现场总线技术对DCS的影响

1.3.2基于PC的开放性控制结构

1.3.3OPC技术对DCS的影响

1.3.4采用WindowsNT操作系统

1.3.5Internet技术的影响

1.3.6加速先进控制、优化控制软件的应用

1.3.7向管控一体化技术方向发展

1.4MATLAB简介

1.4.1MATLAB软件的特点

1.4.2MATLAB工具箱简介

第2章通道配置和接口技术

2.1体系结构设计

2.1.1系统组成与结构

2.1.2系统配置

2.1.3系统软件与应用软件

2.1.4计算机过程控制特点

2.2系统配置

2.2.1计算机机型选择

2.2.2系统总线选择

2.2.3计算机输入/输出通道

2.2.4系统人机接口

2.3前向通道配置及接口技术

2.3.1前向通道配置及特性

2.3.2模拟量输入与信号调理

2.3.3A/D转换器及接口

2.3.4模拟量输入模板

2.3.5数字量输入模板

2.4后向通道配置及接口技术

2.4.1后向通道配置及特性

2.4.2D/A转换器及接口

2.4.3模拟量输出模板

2.4.4数字量输出模板

2.5数据通信与通信协议

2.5.1数据通信基础知识

2.5.2通信网络结构

2.5.3信息处理技术

2.5.4网络协议及协议层

2.5.5局域网通信与公用网通信

2.6计算机控制系统的可靠性措施

2.6.1系统干扰与可靠性问题

2.6.2系统结构设计中的可靠性措施

2.6.3软件设计的可靠性措施

第3章计算机控制的理论基础与设计概述

3.1概述

3.2采样与保持

3.2.1采样与采样定理

解释1

所谓采样(sampling)就是采集模拟信号的样本。

采样是将时间上、幅值上都连续的模拟信号，在采样脉冲的作用，转换成时间上离散（时间上有固定间隔）、但幅值上仍连续的离散模拟信号。所以采样又称为波形的离散化过程。

解释2

把模拟音频转成数字音频的过程,就称作采样，所用到的主要设备便是模拟/数字转换器（Analog to Digital Converter，即ADC，与之对应的是数/模转换器,即DAC）。采样的过程实际上是将通常的模拟音频信号的电信号转换成二进制码0和1，这些0和1便构成了数字音频文件。采样的频率越大则音质越有保证。由于采样频率一定要高于录制的最高频率的两倍才不会产生失真，而人类的听力范围是20Hz～20KHz，所以采样频率至少得是20k×2=40KHz，才能保证不产生低频失真，这也是CD音质采用44.1KHz(稍高于40kHz是为了留有余地)的原因。

通过周期性地以某一规定间隔截取音频信号，从而将模拟音频信号变换为数字信号的过程。每次采样时均指定一个表示在采样瞬间的音频信号的幅度的数字。

3.2.2保持器

3.3Z变换

3.3.1Z变换的概念

3.3.2Z变换的性质

3.3.3Z变换的逆变换

3.4离散化方法

3.4.1带有零阶保持器的Z变换法

3.4.2差分变换法

3.4.3双线性变换法

3.5离散系统的Z域分析

3.5.1用Z变换求解差分方程

3.5.2离散系统的系统函数和系统特性

3.6采样控制系统

3.6.1采样控制系统的基本概念

通常把系统中的离散信号是脉冲序列形成的离散系统,称为采样控制系统或脉冲控制系统;而把数字序列形成的离散系统,称为数字控制系统或计算机控制系统.

3.6.2采样控制系统的脉冲传递函数

3.6.3采样控制系统的动态性能分析

3.6.4采样控制系统的稳定性分析

3.6.5采样控制系统的稳态误差

3.7计算机控制系统设计

3.7.1计算机控制系统的模拟化设计

3.7.2计算机控制系统的离散化设计

3.7.3两种设计方法的比较

第4章计算机常规控制算法设计及其实施

4.1数字PID控制

4.1.1理想微分PID控制

4.1.2实际微分PID控制

4.1.3控制算法实施中的具体问题

4.2串级控制算法及其实施

4.2.1串级控制系统的基本原理

4.2.2串级控制系统的控制算法

4.3前馈控制系统

4.3.1前馈控制系统的基本原理

利用输入或扰动信号的直接控制作用构成的开环控制系统。这类按输入或扰动的开环控制通常与包含按偏差的闭环控制共同组成反馈-前馈控制系统，称为复合控制系统。由于按偏差确定控制作用以使输出量保持其在期望值的反馈控制系统，对于滞后较大的控制对象，其反馈控制作用不能及时影响系统的输出，以致引起输出量的过大波动，直接影响控制品质。如果引起输出量较大波动的主要外扰动参量是可量测和可控制的，则可在反馈控制的同时，利用外扰信号直接控制输出（实施前馈控制），构成复合控制能迅速有效地补偿外扰对整个系统的影响，并利于提高控制精度。这种按外扰信号实施前馈控制的方式称为扰动控制，按不变性原理，理论上可做到完全消除主扰动对系统输出的影响。

4.3.2前馈控制系统的控制算法

4.4比值控制系统

在化工、炼油及其他工业生产过程中，工艺上常需要两种或两种以上的物料保持一定的比例关系，比例一旦失调，将影响生产或造成事故。

实现两个或两个以上参数符合一定比例关系的控制系统，称为比值控制系统。通常以保持两种或几种物料的流量为一定比例关系的系统，称之流量比值控制系统。

比值控制系统可分为：开环比值控制系统，单闭环比值控制系统，双闭环比值控制系统，变比值控制系统，串级和比值控制组合的系统等。

4.4.1比值控制系统的结构

4.4.2比值控制系统举例

4.5最少拍随动系统

4.5.1最少拍随动系统的控制规律

4.5.2最少拍随动系统的数字控制器的设计方法

4.5.3最少拍无波纹随动系统的设计方法

4.6大林算法