计算机控制系统 第3版
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作者李正军
出版社机械工业出版社
ISBN9787111514121
出版时间2015-11
装帧平装
开本16开
定价59.8元
货号1201204873
上书时间2024-09-05
商品详情
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作者简介
李正军，山东大学教授，主要从事智能仪器仪表、计算机控制、现场总线控制系统、电力监测网络仪表、现代电力电子技术等方面的科研和教学工作.。先后主编了《计算机测控系统设计与应用》、《现场总线及其应用技术》、《计算机控制系统》等多部图书。
目录
目录
出版说明
第3版前言
第2版前言
版前言
章绪论
11计算机控制系统的概念
111常规控制系统
112计算机控制系统
12计算机控制系统的组成
121计算机控制系统的硬件
122计算机控制系统的软件
13计算机控制系统的分类
131数据采集系统（DAS）
132直接数字控制（DDC）系统
133监督控制（SCC）系统
134集散控制系统（DCS）
135监控与数据采集（SCADA）系统
136现场总线控制系统（FCS）
137工业过程计算机集成制造系统（流程CIMS）
138网络控制系统（NCS）
139复杂流程工业控制系统
1310嵌入式控制系统（ECS）
14计算机控制系统采用的技术和发展趋势
141采用可编程序控制器（PLC）
142采用新型的控制系统
143实现最优控制
144自适应控制
145人工智能
146模糊控制
147预测控制
148第四次工业革命——工业4ム
习题
第2章计算机控制系统设计基础
21微处理器与微控制器
211Von仠漀爀攀愀洀愀渀堀储空间配置结构
212Harward存储空间配置结构
213Preston存储空间配置结构
22译码电路的设计
221简单译码集成电路
222可编程逻辑器件
223通用阵列逻辑器件
224边界扫描技术
225GAL器件译码应用实例
23I/O接口电路的扩展技术
231用锁存器扩展简单的输出口
232用三态缓冲器扩展简单的输入口
233用移位寄存器扩展I/O接口
24内部总线
241PCI总线
242PC104总线
25外部总线
251IEEE488总线
252USB接口
253串行通信基础
254RS232C串行通信接口
255RS485串行通信接口
26MODBUS通信协议
261MODBUS通信协议概述
262两种传输方式
263MODBUS消息帧
264错误检测方法
265MODBUS的编程方法
习题
第3章HMI与打印机接口技术
31独立式键盘接口设计
311键盘的特点及确认
312独立式按键扩展实例
32矩阵式键盘接口设计
321矩阵式键盘的工作原理
322按键的识别方法
323键盘的编码
33旋转编码器接口设计
331旋转编码器的工作原理
332旋转编码器的接口电路设计
333旋转编码器的时序分析
334旋转编码器的软件设计
34显示技术的发展及其特点
341显示技术的发展
342显示器件的主要参数
35LED显示器接口设计
351LED显示器的结构
352LED显示器的扫描方式
36段型LCD显示器接口设计
361LCD的发展过程
362LCD的特点
363LCD的基本结构及工作原理
364LCD的驱动方式
37触摸屏技术及其在工程中的应用
371触摸屏的发展历程
372触摸屏的工作原理
373工业常用触摸屏产品介绍
374触摸屏在工程中的应用
38打印机接口电路设计
381标准Centronics接口
382应用实例
习题
第4章过程输入输出通道
41传感器
411传感器的定义和分类及构成
412传感器的基本性能
413传感器的应用领域
414基准电压源和恒流源
415温度传感器
416湿度传感器
417流量传感器
418热释电红外传感器
419光电传感器
4110气敏传感器
4111霍尔传感器
4112应变式电阻传感器
4113压力传感器
4114CCD图像传感器
4115位移传感器
4116加速度传感器
4117PM25传感器
42变送器
421变送器的构成原理
422差压变送器
423温度变送器
43执行器
431执行机构
432调节机构
433执行器的选用
434阀门定位器
44模拟信号放大技术
441运算放大器及其应用
442测量放大器
443程控增益放大器
45采样和模拟开关
451信号和采样定理
452采样/保持器
453模拟开关
45432通道模拟量输入电路设计实例
46模拟量输入通道
461模拟量输入通道的组成
462AD转换器的工作原理
463AD转换器的技术指标
478位AD转换器及其接口技术
471ADC0808/0809介绍
4728位AD转换器与CPU的接口
4738位AD转换器的程序设计
4812位低功耗AD转换器AD7091R
481AD7091R引脚介绍
482AD7091R的应用特性
483AD7091R的数字接口
484AD7091R与STM32F103的接口
4922位Σ铠謃AD转换器ADS1213
491引脚介绍
492片内寄存器
493ADS1213的应用特性
494ADS1213的数字接口
495ADS1213与STM32F103的接口
410模拟量输出通道
4101模拟量输出通道的组成
4102DA转换器的技术指标
4118位DA转换器及其接口技术
4111DAC0832介绍
41128位DA转换器与CPU的接口
41212/16位4~20mA串行输入DA转换器AD5410/AD5420
4121引脚介绍
4122片内寄存器
4123AD5410/AD5420应用特性
4124AD5410/AD5420的数字接口
4125AD5410/AD5420与STM32F103的接口
413数字量输入输出通道
4131光耦合器
4132数字量输入通道
4133数字量输出通道
4134脉冲量输入输出通道
414电流/电压转换电路
4141电压/电流转换
4142电流/电压转换
习题
第5章数字控制技术
51数字控制基础
511数字控制的基本原理
512数字控制方式
513开环数字控制
52逐点比较法插补原理
521逐点比较法直线插补
522逐点比较法圆弧插补
53步进电动机控制
531步进电动机的工作原理
532步进电动机控制系统原理图
533步进电动机的驱动电路
534步进电动机的工作方式
535步进电动机控制程序设计
习题
第6章计算机控制系统的控制规律
61被控对象的传递函数与性能指标
611计算机控制系统被控对象的传递函数
612计算机控制系统的性能指标
613对象特性对控制性能的影响
62PID控制
621PID概述
622PID调节的作用
63数字PID算法
631PID算法
632PID算式的改进
64PID参数整定
641PID参数对控制性能的影响
642采样周期T的选取
643扩充临界比例度法
65串级控制
651串级控制算法
652副回路微分先行串级控制算法
66前馈反馈控制
661前馈控制的结构
662前馈反馈控制的结构
663数字前馈反馈控制算法
67数字控制器的直接设计方法
671基本概念
672最少拍无差系统的设计
673最少拍无纹波系统
68大林算法
681大林算法的基本形式
682振铃现象
683大林算法的设计步骤
69史密斯预估控制
691史密斯预估控制原理
692史密斯预估控制举例
610模糊控制
6101模糊控制的数学基础
6102模糊控制系统组成
6103模糊控制器设计
6104双输入单输出模糊控制器设计
611模型预测控制
6111动态矩阵控制（DMC）
6112模型算法控制（MAC）
习题
第7章计算机控制系统的软件设计
71计算机控制系统软件概述
711计算机控制系统应用软件的分层结构
712计算机控制系统软件的设计策略
713计算机控制系统软件的功能和性能指标
72实时多任务系统
721实时系统和实时操作系统
722实时多任务系统的切换与调度
73现场控制层的软件系统平台
731软件系统平台的选择
732μC/OS懠蔡核调度基本原理
74新型DCS组态软件的设计
741新型DCS的总体结构
742新型DCS组态软件的总体结构设计
743新型DCS组态软件开发环境
744新型DCS组态软件的关键技术
75组态软件数据库系统设计
751组态软件中的数据管理
752数据库系统结构
753组态数据库的设计与实现
76组态软件驱动程序设计
761驱动程序采用的技术
762驱动程序的分析与设计
77组态软件可视化环境设计
771组态框架和运行框架
772组态信息的文件管理
773组态框架设计和实现
774运行框架设计和实现
78OPC技术
781OPC技术概述
782OPC关键技术
783OPC DA规范
784工业控制领域中的OPC应用实例
79Web技术
791Web技术概述
792Web服务端技术
793Web客户端技术
794SCADA系统中的Web应用方案设计
710双机热备技术
7101双机热备技术概述
7102双机热备系统的工作模式
7103双机热备系统的数据存储方式
7104DCS中的双机热备方案设计
711常用数字滤波算法与程序设计
7111程序判断滤波
7112中值滤波
7113算术平均滤波
7114加权平均滤波
7115低通滤波
7116滑动平均滤波
7117各种滤波方法的比较
712数字滤波器的算法与程序设计
7121数字滤波器的分类与特点
7122IIR数字滤波器的设计原理
7123基于C语言的IIR数字滤波器程序设计
7124IIR数字滤波器的滤波效果分析
713标度变换程序
7131线性标度变换程序
7132非线性标度变换程序
习题
第8章现场总线与工业以太网控制网络技术
81现场总线技术概述
811现场总线的产生
812现场总线的本质
813现场总线的特点和优点
814现场总线的现状
815现场总线网络的实现
816现场总线技术的发展趋势
82工业以太网的产生与发展
821以太网引入工业控制领域的技术优势
822工业以太网与实时以太网
823IEC617862标准
824工业以太网技术的发展现状
825工业以太网技术的发展趋势与前景
83现场总线与企业网络
831企业网络
832企业网络技术
833企业网络的体系结构
834信息网络与控制网络
84流行现场总线简介
841基金会现场总线（FF）
842PROFIBUS
843CAN
844DeviceNet
845LonWorks
846ControlNet
847CCLink
848CompoNet
85工业以太网简介
851工业以太网的主要标准
852IDA
853Ethernet/IP
854EtherCAT
855Ethernet Powerlink
856PROFINET
857HSE
858EPA
86netX网络控制器
861netX系列网络控制器
862netX系列网络控制器的软件结构
863netX可用的协议堆栈
864基于netX网络控制器的产品分类
习题
第9章计算机控制系统的电磁兼容与抗干扰设计
91电磁兼容性概述
911电磁兼容技术的发展
912电磁干扰
92电磁兼容性设计
921电磁兼容的含义
922电磁兼容控制技术
93干扰的耦合方式
931直接耦合方式
932公共阻抗耦合方式
933电容耦合方式
934电磁感应耦合方式
935辐射耦合方式
936漏电耦合方式
94计算机控制系统可靠性设计
941可靠性设计任务
942可靠性设计技术
95抗干扰的硬件措施
951抗串模干扰的措施
952抗共模干扰的措施
953采用双绞线
954反射波干扰及抑制
955正确连接模拟地和数字地
956电源的抗干扰措施
957压敏电阻及其应用
958瞬变电压抑制器及其应用
96抗干扰的软件措施
961数字信号输入输出中的软件抗干扰措施
962CPU的抗干扰技术
97计算机控制系统的容错设计
971硬件故障的自诊断技术
972软件的容错设计
习题
0章计算机控制系统设计
101基于现场总线与工业以太网的新型DCS的设计
1011新型DCS概述
1012现场控制站的组成
1013新型DCS通信网络
1014新型DCS控制卡的硬件设计
1015新型DCS控制卡的软件设计
1016控制算法的设计
10178通道模拟量输入板卡（8AI）的设计
10188通道热电偶输入板卡（8TC）的设计
10198通道热电阻输入板卡（8RTD）的设计
101104通道模拟量输出板卡（4AO）的设计
1011116通道数字量输入板卡（16DI）的设计
1011216通道数字量输出板卡（16DO）的设计
101138通道脉冲量输入板卡（8PI）的设计
102工业锅炉计算机控制系统的设计
1021工业锅炉的工作过程
1022工业锅炉计算机控制的意义
1023工业锅炉计算机控制系统的基本功能
1024直接数字控制（DDC）系统的设计
1025系统总体设计
参考文献
内容摘要
本书是“十一五”重量规划教材。本书理论联系实际，突出工程应用，全面系统地介绍了计算机控制系统的各个重要组成部分，是在编者三十多年教学与科研实践经验的基础上，吸收了靠前外计算机控制系统设计中所用的近期新技术编写而成的。书中还介绍了编者在计算机控制领域的近期新研究成果。
全书共分10章，主要内容包括：计算机控制系统的组成和发展趋势、计算机控制系统设计基础、HMI与打印机接口技术、过程输入输出通道、数字控制技术、计算机控制系统的控制规律、计算机控制系统的软件设计、现场总线与工业以太网控制网络技术、计算机控制系统的电磁兼容与抗干扰设计、基于现场总线与工业以太网的新型DCS的设计及其计算机控制系统的设计方法。全书内容丰富，体系优选，结构合理，理论与实践相结合，尤其注重工程应用技术。
本书可作为高等院校各类自动化、电子与电气工程、计算机应用、信息工程、自动检测等专业的本科教材，同时可以作为相关专业的研究生教材，也可供从事计算机控制系统设计的工程技术人员参考。
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★全面系统地讲述了计算机控制系统的基础知识与系统设计及应用技术。
★理论联系实际，突出工程应用。
精彩内容
第3版前言本书是在《计算机控制系统》第2版的基础上修改而成的。
第3版教材中，首次采用了先进的ARM CortexM3和M4嵌入式控制器作为背景机，讲述计算机控制系统的设计。
删除了第2版教材中较为繁琐的或一些过时的教学内容，如矩阵键盘的详细设计、采样定理的详细证明、AD574AD转换器、DAC1208DA转换器等。由于目前现场总线技术已经作为一门独立的课程，考虑到教学学时的限制，删除了CAN总线和PROFIBUSDP总线的详细设计；更新了现场总线与工业以太网的最新发展技术，如工业以太网技术、netX网络控制器等；增加了监控与数据采集系统（SCADA）、复杂流程工业控制系统、嵌入式控制系统（ECS）的介绍，并引入了第四次工业革命——工业4ム萀艶念；为了学习的方便与知识的系统化，将“总线技术与MODBUS通信协议”一章修改为“计算机控制系统设计基础”，增加了微处理器和微控制器的存储空间配置结构的介绍、常用译码电路和PLD可编程逻辑器件译码电路的应用设计、I/O接口电路的扩展技术；增加了旋转编码器在HMI人机接口中的应用设计；在过程输入输出通道的设计中，增加了传感器、变送器、执行器的介绍，同时，增加了模拟信号放大技术与最新的带可编程接口的AD和DA转换器的详细设计；对计算机控制系统的软件设计进行了重点修改，如计算机控制系统软件设计中的关键技术、OPC技术、Web技术，同时增加了双机热备技术的论述及IIR数字滤波器的算法和程序设计；考虑电磁兼容与抗干扰技术在计算机控制系统的设计中越来越重要，增加了“计算机控制系统的电磁兼容与抗干扰设计”一章；根据编者承担的国家重点科研公关课题的最新研究成果，增加了基于现场总线与工业以太网的新型DCS的设计实例，并给出了主控卡与各种测控板卡的实物图，这一章与“计算机控制系统的软件设计”合在一起，将给读者一个非常直观的认识，非常有助于读者对计算机控制系统设计的整体理解和学习。
本书是编者教学和科研实践的总结，书中实例均是取自编者近几年的计算机控制系统的科研攻关课题。对本书中所引用的参考文献的作者，在此一并向他们表示真诚的感谢。由于编者水平有限，加上时间仓促，书中不妥之处在所难免，敬请广大读者不吝指正。
编者第2版前言本书是在《计算机控制系统》版的基础上修改而成的。
第2版教材中，删除和修改了版教材中比较繁琐的或非重点讲解的内容，如∑铠謃AD转换器的详细工作原理、显示器接口设计、离散状态空间设计、基于工业以太网和现场总线技术的新型控制系统等，并对部分内容进行了更正。
在计算机控制系统的分类中，增加了对网络控制系统（NCS）的介绍，对计算机控制系统采用技术和发展趋势的部分内容做了修改；增加了MODBUS通信协议和人机接口HMI触摸屏的内容介绍；增加了计算机控制系统的软件设计，包括计算机控制系统软件的组成和功能、实时多任务系统、现场控制层的软件系统平台、新形DCS系统组态软件的设计、组态软件数据库系统设计、组态软件驱动程序设计、组态软件可视化环境设计、OPC技术、Web浏览与控制技术、应用程序设计；增加了现场总线与工业以太网控制网络技术，包括现场总线技术概述、现场总线与企业网络、现场总线简介、CAN与PROFIBUS现场总线及其应用技术、工业以太网技术；增加了计算机控制系统设计实例，如PMM2000电力网络仪表的系统设计等。
编者版前言随着现代化工业生产过程复杂性与集成度的提高，计算机控制系统已发展到了一个崭新的阶段。计算机控制系统利用计算机的软件和硬件代替自动控制系统中的控制器，它以自动控制理论和计算机技术为基础，综合了计算机、自动控制和生产过程多方面的知识。当前，计算机控制系统已成为许多大型自动化生产线不可缺少的重要组成部分。这就要求从事自动控制的工程技术和研发人员不仅要掌握生产工艺流程和自动控制理论的基础知识，而且还必须掌握计算机控制系统的有关硬件、软件、控制规律、数据通信、现场总线网络技术和数据库等方面的专门知识和技术，从而达到设计和应用计算机控制系统的目的。
本书为“十一五”国家级规划教材，全面系统地讲述了计算机控制系统的基础知识、系统设计及应用技术。
全书共分9章。章为绪论，介绍了计算机控制系统的概念、组成、分类和发展趋势；第2章介绍了计算机控制系统的总线技术，包括STD总线、PCI总线、IEEE488总线、RS232和RS485总线及MODBUS通信协议；第3章简要介绍了人机接口技术，包括键盘的设计、LED和LCD显示技术、触摸屏技术与打印机接口技术；第4章重点介绍了过程输入输出通道接口技术，包括信号和采样、模拟开关、模拟量输入通道、模拟量输出通道、数字量输入通道、数字量输出通道、电流/电压转换和过程通道的抗干扰与可靠性设计；第5章讲述了数字控制技术；第6章详述了计算机控制系统的控制规律，包括PID控制、数字PID算法、串级控制、前馈反馈控制、数字控制器的直接设计方法、大林算法、史密斯预估控制、模糊控制和模型预测控制；第7章介绍了计算机控制系统的软件设计，包括计算机控制系统软件的组成和功能、实时多任务系统、现场控制层的软件系统平台、新型DCS系统组态软件的设计、组态软件数据库系统设计、组态软件驱动程序设计、组态软件可视化环境设计、OPC技术、Web浏览与控制技术和应用程序设计；第8章重点讲述了现场总线与工业以太网控制网络技术，包括现场总线技术概述、现场总线与企业网络、典型现场总线简介、CAN与PROFIBUSDP现场总线及其应用技术、工业以太网技术；第9章介绍了计算机控制系统的设计方法和设计实例，最后介绍了PMM2000电力网络仪表的系统设计。本教材取材于作者多年的教学内容以及近几年发表的科研论文和国家重点科研攻关项目，并参考了有关专著和技术资料。
本教材得以公开出版，得到了机械工业出版社计算机分社的大力支持，上海交通大学的席裕庚教授审阅了编写大纲，同时得到了山东大学控制科学与工程学院领导及有关同志的大力支持。在本书的编写过程中，我的学生张明、王丛先、刘俊杰、赖园园、陈亮、韩英昆、周旭、杨洪军、薛凌燕等协助我做了书稿的校对工作，并绘制了全部插图。对书中所引用的参考文献的作者，在此一并向他们表示诚挚的感谢。
由于编者水平有限，书中错误和不妥之处敬请广大读者不吝指正。
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