本書第4版根據(jù)計算機控制與網(wǎng)絡技術的發(fā)展，基于工業(yè)界、科技界和教育界的成果進行了全面修訂。本書面向新工科建設、工程教育專業(yè)認證和卓越工程人才培養(yǎng)計劃，以立德樹人為根本任務，以科學家精神、企業(yè)家精神、工匠精神等中國精神為動力，以培養(yǎng)學生解決復雜工程和實際問題的綜合能力為出發(fā)點，以主流機型PC/ISA/PCI/PCIE總線工業(yè)控制機和PC系列為控制工具，系統(tǒng)地闡述計算機控制系統(tǒng)的設計技術與工程實現(xiàn)方法。全書共8章，主要內(nèi)容包括: 計算機控制系統(tǒng)及其組成、典型形式、發(fā)展概況和趨勢，輸入輸出接口與過程通道，數(shù)字控制技術，常規(guī)及復雜控制技術，現(xiàn)代控制技術，應用程序設計與實現(xiàn)技術，分布式測控網(wǎng)絡技術，計算機控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn)。
本書內(nèi)容豐富，體系新穎，理論聯(lián)系實際，實踐性、工程性、系統(tǒng)性和集成性強。可作為高等院校自動化類、計算機類、電子信息類、電氣類、機械類、儀器類等專業(yè)高年級本科生的教材，也可作為相關專業(yè)低年級研究生的教材，還可供有關科技人員參考。
本書由國家級教學名師于海生及其教學團隊編寫，是 十二五普通高等教育本科國家級規(guī)劃教材、國家級一流本科課程配套教材、國家級精品課程配套教材、國家級精品資源共享課程配套教材，獲首屆全國優(yōu)秀教材二等獎、全國普通高等學校優(yōu)秀教材二等獎。
本書是計算機控制領域的經(jīng)典教材，自1999年出版至今共出版了4版，發(fā)行量超過50萬冊，已被近300所高校選作教材，產(chǎn)生了巨大影響。
本書第4版進一步充實了新理論、新技術和新方法，優(yōu)化了教材內(nèi)容，以主流機型ISA/PCI/PCI-E總線工業(yè)控制機為控制工具，建立了具有工程觀、控制觀、系統(tǒng)觀、信息觀、智能觀的五種觀念計算機控制技術課程教學內(nèi)容和知識體系，遵循課程教育教學規(guī)律和人才成長規(guī)律，循序漸進、因材施教、教學相長，全力提升課程的高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度，著力培養(yǎng)學生解決計算機控制系統(tǒng)復雜工程問題的實踐能力與創(chuàng)新精神。
全書力求理論實踐并重、硬件軟件結(jié)合、弱電強電兼顧，體系新穎，實踐性、工程性、系統(tǒng)性、集成性強。課程教材與網(wǎng)站內(nèi)容豐富。面向教師提供多媒體電子課件、習題參考答案、實驗指導書、試卷及參考答案、課程教學大綱、課程教學日歷、課程重點難點、課程設計任務書等。課程網(wǎng)站有課程介紹、課程團隊、全程視頻、課程教案、輔導材料等。
本書可作為高等院校自動化類、計算機類、電子信息類、電氣類、機械類、儀器類等專業(yè)高年級本科生的教材，也可作為相關學科專業(yè)低年級研究生的教材，并可供有關科技人員參考和自學。
PPT自動化與智能技術是計算機的一個重要應用領域，計算機控制正是為了適應這一領域的需要而發(fā)展起來的一門專業(yè)技術。它主要研究如何將計算機技術、自動控制技術、網(wǎng)絡與通信技術、電子信息與電氣技術、傳感器技術和變送器技術、執(zhí)行器技術應用于工業(yè)生產(chǎn)過程，并設計出滿足需要的計算機控制系統(tǒng)。微型計算機控制技術是我國高等學校自動化類、計算機類、電子信息類、電氣類、機械類、儀器類等專業(yè)的主干課程。為推進新型工業(yè)化和智能制造，加快建設制造強國、質(zhì)量強國、航天強國、交通強國、網(wǎng)絡強國、數(shù)字中國，我國積極推動制造業(yè)高端化、智能化、綠色化發(fā)展和戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)融合集群發(fā)展，構建新一代信息技術、人工智能、生物技術、新能源、新材料、高端裝備、綠色環(huán)保等一批新的增長引擎。
本書是十二五普通高等教育本科國家級規(guī)劃教材、國家級一流本科課程配套教材、國家級精品課程教材、國家級精品資源共享課程教材、高等院校信息技術規(guī)劃教材。第3版曾獲首屆全國優(yōu)秀教材二等獎（2021年）。第1版曾獲全國普通高等學校優(yōu)秀教材二等獎（2002年），是高等教育面向21世紀教學內(nèi)容和課程體系改革計劃立項教材。
第4版根據(jù)計算機控制與網(wǎng)絡技術的發(fā)展，基于工業(yè)界、科技界和教育界的成果進行了全面修訂。本書以主流機型PC/ISA/PCI/PCIE總線工業(yè)控制機和PC系列為控制工具，系統(tǒng)地闡述了計算機控制系統(tǒng)的設計技術與工程實現(xiàn)方法。
本書共8章。第1章介紹計算機控制系統(tǒng)及其組成、典型形式、發(fā)展概況和趨勢；第2章討論計算機控制系統(tǒng)的輸入輸出接口與過程通道；第3章討論數(shù)字控制技術，重點介紹逐點比較法插補原理、多軸步進驅(qū)動控制技術和多軸伺服驅(qū)動控制技術；第4章討論常規(guī)及復雜控制技術，主要介紹數(shù)字控制器的各種控制算法與智能技術；第5章討論現(xiàn)代控制技術，主要介紹采用狀態(tài)空間的輸出反饋設計法、極點配置設計法、最優(yōu)化設計法；第6章討論應用程序設計與實現(xiàn)技術；第7章討論分布式測控網(wǎng)絡技術；第8章討論計算機控制系統(tǒng)設計的原則、步驟和工程實現(xiàn)，并給出設計示例。各章均配有習題。本書內(nèi)容豐富，體系新穎，理論聯(lián)系實際，實踐性、工程性、系統(tǒng)性和集成性強。
我們?yōu)檫x用本書的師生提供了豐富的配套數(shù)字資源，詳見下表。本書配套的數(shù)字資源數(shù) 字 資 源服 務 對 象獲 取 方 式備注課程簡介視頻教師和學生掃描前言和目錄開始處的二維碼課程簡介PPT教師和學生掃描前言和目錄開始處的二維碼各章PPT教師和學生掃描每章開始處的二維碼SC OBE CQI CDIO課程教學設計舉例教師出版社官網(wǎng)下載工程案例教師出版社官網(wǎng)下載教學大綱教師出版社官網(wǎng)下載教學日歷教師出版社官網(wǎng)下載習題答案教師出版社官網(wǎng)下載本書由于海生主編，于海生和丁軍航負責全書統(tǒng)稿。其中，2.1節(jié)由于海生、潘松峰、于金鵬編寫，于海生修訂；2.2節(jié)由于海生、王娜、丁軍航修訂；2.3節(jié)由于海生、丁軍航、潘松峰、于金鵬編寫，于海生、王娜、毛雪偉修訂；2.4節(jié)由于海生、丁軍航、吳賀榮編寫，于海生修訂。3.3節(jié)～3.5節(jié)由于海生、吳賀榮編寫，于海生、劉旭東、王樹波修訂。4.8節(jié)由于海生、劉華波修訂。第1章、第2～4章的其余內(nèi)容、第5～8章以及各章習題由于海生編寫和修訂，部分素材由丁軍航提供。全書二維碼內(nèi)容由于海生、丁軍航、王娜、毛雪偉、王樹波制作，主要包括重點、難點、視頻、習題答案、輔導材料等內(nèi)容。
限于編者水平，書中難免有不妥之處，誠請讀者批評指正。
于海生2024年1月
PPT第1章緒論1
1.1計算機控制系統(tǒng)概述1
1.1.1計算機控制系統(tǒng)2
1.1.2計算機控制系統(tǒng)的組成3
1.1.3計算機控制系統(tǒng)的主機5
1.2計算機控制系統(tǒng)的典型形式7
1.2.1操作指導控制系統(tǒng)8
1.2.2直接數(shù)字控制系統(tǒng)8
1.2.3監(jiān)督計算機控制系統(tǒng)9
1.2.4集散控制系統(tǒng)10
1.2.5現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)10
1.2.6綜合自動化系統(tǒng)11
1.3計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展概況和趨勢12
1.3.1計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展概況12
1.3.2計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢15
習題17
第2章輸入輸出接口與過程通道18
2.1工業(yè)控制機總線及其接口擴展技術18
2.1.1工業(yè)控制機總線技術18
2.1.2系統(tǒng)總線接口擴展技術24
2.1.3外部總線接口擴展技術30
2.2輸入輸出接口與過程通道設計原理33
2.2.1數(shù)字量輸入輸出接口與過程通道33
2.2.2模擬量輸入接口與過程通道38
2.2.3模擬量輸出接口與過程通道52
2.2.4脈沖量輸入輸出接口與過程通道582.3基于系統(tǒng)總線的計算機控制系統(tǒng)硬件設計61
2.3.1數(shù)字量輸入輸出接口與過程通道模板設計61
2.3.2模擬量輸入接口與過程通道模板設計63
2.3.3模擬量輸出接口與過程通道模板設計66
2.3.4脈沖量輸入輸出接口與過程通道模板設計68
2.4基于外部總線的計算機控制系統(tǒng)硬件設計69
2.4.1基于外部總線的硬件設計方案69
2.4.2智能遠程I/O模塊70
2.4.3其他測控裝置73
2.5硬件抗干擾技術79
2.5.1過程通道抗干擾技術79
2.5.2主機抗干擾技術86
2.5.3系統(tǒng)供電與接地技術88
習題93
◆微型計算機控制技術(第4版)目錄第3章數(shù)字控制技術95
3.1數(shù)字控制基礎95
3.1.1數(shù)控技術發(fā)展概況95
3.1.2數(shù)字控制原理96
3.1.3數(shù)字控制方式97
3.1.4數(shù)字控制系統(tǒng)98
3.1.5數(shù)控系統(tǒng)的分類99
3.2運動軌跡插補原理100
3.2.1逐點比較法的直線插補101
3.2.2逐點比較法的圓弧插補104
3.2.3數(shù)字積分法插補109
3.3進給速度與加減速控制116
3.3.1進給速度控制116
3.3.2加減速控制117
3.4電機驅(qū)動控制與位置伺服系統(tǒng)120
3.4.1步進電機驅(qū)動控制120
3.4.2直流伺服電機驅(qū)動控制126
3.4.3交流伺服電機驅(qū)動控制127
3.4.4位置伺服系統(tǒng)127
3.5多軸運動控制技術131
3.5.1多軸運動控制系統(tǒng)結(jié)構131
3.5.2多軸運動控制系統(tǒng)硬件設計131
3.5.3多軸運動控制系統(tǒng)軟件設計133
3.5.4數(shù)控系統(tǒng)設計舉例基于IPC的多軸運動控制135
習題138
第4章常規(guī)及復雜控制技術140
4.1控制系統(tǒng)的性能指標140
4.1.1穩(wěn)態(tài)性能指標140
4.1.2動態(tài)性能指標141
4.1.3抗干擾性能141
4.1.4對控制作用的限制141
4.2數(shù)字控制器的連續(xù)化設計技術142
4.2.1數(shù)字控制器的連續(xù)化設計步驟142
4.2.2理想數(shù)字PID控制器的設計146
4.2.3實際數(shù)字PID控制器的設計147
4.2.4數(shù)字PID控制器的改進152
4.2.5數(shù)字PID控制器的參數(shù)整定156
4.3數(shù)字控制器的離散化設計技術161
4.3.1數(shù)字控制器的離散化設計步驟161
4.3.2最少拍控制器的設計162
4.3.3最少拍有紋波控制器的設計167
4.3.4最少拍無紋波控制器的設計171
4.4純滯后控制技術175
4.4.1施密斯預估控制連續(xù)化設計技術175
4.4.2達林算法離散化設計技術178
4.5串級控制技術182
4.5.1串級控制的結(jié)構和原理182
4.5.2數(shù)字串級控制算法183
4.5.3副回路微分先行串級控制算法184
4.6前饋反饋控制技術186
4.6.1前饋控制的結(jié)構和原理186
4.6.2前饋反饋控制結(jié)構186
4.6.3計算機前饋反饋控制算法188
4.7解耦控制技術190
4.7.1解耦控制原理192
4.7.2計算機解耦控制算法193
4.8模糊控制技術194
4.8.1模糊控制的數(shù)學基礎194
4.8.2模糊控制原理199
4.8.3模糊控制器設計204
4.8.4雙輸入單輸出模糊控制系統(tǒng)設計206
4.9其他控制技術210
習題212
第5章現(xiàn)代控制技術214
5.1采用狀態(tài)空間的輸出反饋設計法214
5.1.1連續(xù)狀態(tài)空間方程的離散化215
5.1.2最少拍無紋波系統(tǒng)的跟蹤條件215
5.1.3輸出反饋設計法的設計步驟216
5.2采用狀態(tài)空間的極點配置設計法219
5.2.1按極點配置設計控制規(guī)律219
5.2.2按極點配置設計狀態(tài)觀測器222
5.2.3按極點配置設計控制器226
5.2.4跟蹤系統(tǒng)設計231
5.3采用狀態(tài)空間的最優(yōu)化設計法233
5.3.1LQ最優(yōu)控制器設計233
5.3.2狀態(tài)最優(yōu)估計器設計237
5.3.3LQG最優(yōu)控制器設計242
5.3.4跟蹤系統(tǒng)的設計243
習題244
第6章應用程序設計與實現(xiàn)技術245
6.1程序設計技術245
6.1.1模塊化與結(jié)構化程序設計245
6.1.2面向過程與面向?qū)ο蟮某绦蛟O計247
6.1.3高級語言I/O控制臺編程248
6.2人機接口技術249
6.2.1HMI/SCADA的含義249
6.2.2基于監(jiān)控組態(tài)軟件設計人機接口250
6.2.3基于可視化高級語言設計人機接口250
6.3測量數(shù)據(jù)預處理技術251
6.3.1系統(tǒng)誤差自動校準252
6.3.2線性化處理和非線性補償253
6.3.3標度變換方法255
6.3.4越限報警處理256
6.3.5量化誤差來源257
6.3.6A/D、D/A轉(zhuǎn)換器的字長選擇259
6.4數(shù)字控制器的工程實現(xiàn)261
6.4.1給定值和被控量處理261
6.4.2偏差處理262
6.4.3控制算法的實現(xiàn)264
6.4.4控制量處理264
6.4.5自動/手動切換技術265
6.5軟件抗干擾技術266
6.5.1數(shù)字濾波技術267
6.5.2開關量的軟件抗干擾技術269
6.5.3指令冗余技術270
6.5.4軟件陷阱技術270
習題271
第7章分布式測控網(wǎng)絡技術272
7.1工業(yè)網(wǎng)絡技術272
7.1.1工業(yè)網(wǎng)絡概述272
7.1.2數(shù)據(jù)通信編碼技術276
7.1.3網(wǎng)絡協(xié)議及其層次結(jié)構277
7.1.4IEEE 802標準279
7.1.5工業(yè)網(wǎng)絡的性能評價和選型280
7.2集散型控制系統(tǒng)282
7.2.1DCS概述282
7.2.2DCS的分散控制級287
7.2.3DCS的集中監(jiān)控級290
7.2.4DCS的綜合管理級292
7.3現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)294
7.3.1現(xiàn)場總線概述295
7.3.25種典型的現(xiàn)場總線300
7.4工業(yè)以太網(wǎng)測控系統(tǒng)304
7.4.1工業(yè)以太網(wǎng)概述304
7.4.2工業(yè)以太網(wǎng)測控系統(tǒng)設計306
7.5系統(tǒng)集成與綜合自動化系統(tǒng)309
7.5.1系統(tǒng)集成309
7.5.2Purdue模型313
7.5.3ERPMESPCS模型315
7.5.4綜合自動化系統(tǒng)的實現(xiàn)316
7.6網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)318
7.6.1網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)的定義318
7.6.2網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)的結(jié)構和模型319
7.6.3網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)的常見問題320
7.6.4網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)性能分析321
7.7工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與智能工廠323
7.7.1無線傳感器網(wǎng)絡323
7.7.2物聯(lián)網(wǎng)324
7.7.3工業(yè)大數(shù)據(jù)與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)327
7.7.4數(shù)字化車間與智能工廠328
習題329
第8章計算機控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn)330
8.1系統(tǒng)設計的原則與步驟330
8.1.1系統(tǒng)設計的原則330
8.1.2系統(tǒng)設計的步驟332
8.2系統(tǒng)的工程設計與實現(xiàn)335
8.2.1系統(tǒng)總體方案設計335
8.2.2硬件的工程設計與實現(xiàn)336
8.2.3軟件的工程設計與實現(xiàn)338
8.2.4系統(tǒng)的調(diào)試與運行341
8.3設計示例啤酒發(fā)酵過程計算機控制系統(tǒng)344
8.3.1啤酒發(fā)酵工藝及控制要求345
8.3.2系統(tǒng)總體方案的設計345
8.3.3系統(tǒng)硬件和軟件的設計347
8.3.4系統(tǒng)的安裝、調(diào)試、運行及控制效果351
8.4設計示例機器人關節(jié)運動計算機控制系統(tǒng)351
8.4.1PUMA560機器人的結(jié)構原理352
8.4.2機器人運動學方程352
8.4.3機器人動力學方程353
8.4.4機器人手臂的獨立關節(jié)位置伺服控制353
習題356
參考文獻357
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