教育部职业教育与成人教育司推荐教材 计算机控制技术与系统 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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黄桂梅 著

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出版社： 中国电力出版社

ISBN：9787508365350

商品编码：29748672128

包装：平装

出版时间：2008-01-01

基本信息

书名：教育部职业教育与成人教育司推荐教材 计算机控制技术与系统

定价：22.00元

作者：黄桂梅

出版社：中国电力出版社

出版日期：2008-01-01

ISBN：9787508365350

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.400kg

编辑推荐

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内容提要

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本书主要介绍了计算机控制的概念、过程通道及输入输出接口技术、通信技术、抗干扰技术与可靠性技术、数据采集系统、常用控制算法、分散控制算法、分散控制系统及应用、现场总线控制系统等内容。本书在中编写中注意引进先进技术，在内容编排上考虑教学与自学相结合，内容组织循序渐进，由浅入深，利教利学。
　　本书可作为高职高专电力技术类电厂热能动力设备装置、火电厂集控运行、生产过程自动化技术等专业相关课程教材，也可作为火电厂运行人员培训教材。

目录

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前言
章　计算机控制系统概论　
　节　计算机控制系统的结构原理
　第二节　计算机控制系统的组成
　第三节　计算机控制系统的分类
　第四节　火电机组计算机控制的主要功能
　本章小结
　思考与习题
第二章　计算机控制过程通道及输入输出接口技术
　节　模拟量输入通道及接口
　第二节　模拟量输出通道及接口　
　第三节　开关量（数字量）输入/输出通道
　第四节　脉冲量输入通道
　本章小结
　思考与习题
第三章　数据采集系统
　节　数据采集的基本结构
　第二节　数据采集系统的基本功能
　第三节　数据采集的基本原理
　第四节　数据加工处理
　第五节　发电机组的性能计算
　本章小结
　思考与习题
第四章　计算机控制系统常用的控制算法
　节　概述
　第二节　数字PID控制算法
　第三节　少拍控制算法
　第四节　带纯迟延对象的控制算法
　第五节　串级和前馈控制
　第六章　数字控制器的计算机上的实现
　本章小结
　思考与习题
第五章　计算机控制系统的通信技术
　节　数据通信
　第二节　数据通信网络
　第三节　网络协议　
　第四节　总线与接口芯片
　第五节　DCS系统的通信网络概貌
　本章小结
　思考与习题
第六章　计算机控制的抗干扰技术与可靠性技术
　节　干扰源及干扰分类
　第二节　抗干扰技术措施
　第三节　Watchdog技术
　第四节　计算机系统的可靠性技术
　第五节　容错设计技术
　本章小结
　思考与习题
第七章　分散控制系统及应用
　节　分散控制系统（DCS）的发展、结构及特点
　第二节　分散控制系统的硬件组成
　第三节　分散控制系统的软件系统
　第四节　Symphony控制系统应用举例
　本章小结
　思考与习题
第八章　现场总线控制系统（FCS）
　节　现场总线概述
　第二节　现场总线的类型
　第三节　基金会现场总线（FF）
　第四节　FCS在火电厂中的应用实例
　本章小结
　思考与习题
参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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《现代计算机控制系统导论》 内容简介 本书旨在为读者提供一个全面而深入的现代计算机控制系统基础知识体系。从计算机控制系统的基本概念、发展历程出发，逐步深入到其核心理论、关键技术以及实际应用。全书结构清晰，逻辑严谨，理论阐述翔实，并辅以大量实例，力求使读者在掌握理论知识的同时，也能领会其工程实践的精髓。 第一章 绪论：计算机控制系统的世界 本章首先勾勒出计算机控制系统的宏大图景。我们将探讨什么是计算机控制系统，以及它们为何在现代社会中无处不在。从工业自动化到智能家居，从航空航天到医疗设备，计算机控制的身影无处不在，极大地提升了效率、精度和智能化水平。我们将追溯计算机控制技术的发展脉络，从早期的简单伺服系统到如今复杂的网络化、智能化系统，理解技术的演进如何驱动着工业革命和社会进步。同时，本章还将简要介绍计算机控制系统所面临的挑战与未来发展趋势，例如实时性、可靠性、安全性以及与人工智能的融合等，为读者后续的学习打下坚实的思想基础。 第二章 信号与系统：数字世界的语言 计算机控制系统的核心在于处理离散的数字信号。本章将深入讲解信号与系统的基本概念，为理解数字控制奠定基础。我们将首先介绍连续时间信号和离散时间信号的特性，以及它们之间的采样与重建过程。傅里叶变换、拉普拉斯变换等经典数学工具将在本章中得到应用，用于分析信号的频率特性和系统的动态行为。离散时间傅里叶变换（DTFT）和Z变换是本章的重点，它们是分析和设计离散时间系统不可或缺的数学工具。通过对系统响应（如单位阶跃响应、冲激响应）的分析，读者将能够理解系统的稳定性、瞬态响应和稳态响应等关键性能指标。 第三章 数字控制器设计：精准调控的艺术 本章是本书的核心，聚焦于数字控制器的设计。我们将从离散时间系统建模开始，介绍如何将物理系统转化为易于计算机处理的数学模型，如传递函数模型和状态空间模型。在此基础上，我们将详细阐述各种经典的数字控制器设计方法。PID（比例-积分-微分）控制器作为最广泛应用的控制器，将进行深入剖析，包括其参数整定方法（如临界比例法、衰减震荡法）以及离散化技术（如前向欧拉法、后向欧拉法、Tustin变换）。此外，本书还将介绍更先进的控制策略，如超前/滞后校正、滞后-超前校正等，讲解如何通过引入零极点来改善系统的性能。对于复杂系统，状态反馈控制将是另一重要内容，包括极点配置和状态观测器的设计，以实现对系统内部状态的有效控制。 第四章 状态空间方法：洞察系统内在的运行机制 本章将引领读者进入更高级的系统分析和设计领域——状态空间方法。与传统的传递函数方法不同，状态空间方法能够更全面地描述系统的动态行为，尤其适用于多输入多输出（MIMO）系统。我们将详细讲解状态空间方程的建立，包括连续时间和离散时间状态空间模型。状态向量的物理意义以及系统矩阵的特性将被深入分析。本章的关键内容包括可控性与可观测性分析，它们是设计状态反馈控制器和状态观测器的前提条件。读者将学习如何利用极点配置技术设计状态反馈控制器，实现期望的系统动态响应。同时，卡尔曼滤波等状态观测器设计方法也将被介绍，用于估计系统在测量噪声存在下的内部状态。 第五章 采样与量化：连接真实世界与数字世界 计算机控制系统的运行离不开采样和量化，它们是将连续的模拟信号转化为计算机可处理的数字信号的关键环节。本章将深入探讨采样定理，理解采样频率与信号带宽的关系，避免混叠现象的发生。脉冲采样和理想采样模型将被引入，帮助读者理解采样过程的数学原理。量化是另一个重要环节，我们将分析量化误差的产生及其影响，介绍量化器的基本原理和不同类型的量化器。同时，本章还将探讨保持器（如零阶保持器）的作用，以及它们对离散系统频率响应的影响。理解采样与量化的过程对于设计高精度、高性能的数字控制器至关重要。 第六章 离散时间系统的稳定性分析 稳定性是评价控制系统性能的首要指标。本章将专注于离散时间系统的稳定性分析。我们将介绍离散时间系统稳定性的概念，如界限稳定、渐近稳定和指数稳定。Z域的单位圆判据将是本章的核心内容，通过分析闭环系统特征方程的根在单位圆内的位置，来判断系统的稳定性。此外，离散Lyapunov方程也将被介绍，作为一种更通用的稳定性分析工具，尤其适用于复杂系统和非线性系统。本书将详细讲解如何利用这些方法来评估控制器设计的有效性，并指导读者设计出鲁棒稳定的控制系统。 第七章 计算机控制系统的实现与接口 理论的设计最终需要转化为实际的工程应用。本章将探讨计算机控制系统的硬件实现以及与外部设备的接口问题。我们将介绍常用的微处理器、微控制器和数字信号处理器（DSP）在控制系统中的应用。串行通信接口（如RS-232、RS-485）、并行接口以及现场总线技术（如CAN总线、Profibus）等通信协议和接口标准将被详细介绍，以实现计算机与传感器、执行器之间的数据交换。模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC）的原理和选型也是本章的重要内容，它们是实现数字控制与模拟世界交互的关键。 第八章 实时操作系统与软件设计 现代计算机控制系统往往需要运行在实时操作系统（RTOS）之上，以满足严格的时间约束。本章将介绍实时操作系统的基本概念，包括任务调度、中断处理、进程间通信等。常见的实时操作系统内核（如VxWorks、RTLinux）的特性将被简要介绍。同时，本书还将探讨计算机控制系统的软件设计原则，包括模块化设计、代码规范以及调试方法。从低级硬件驱动到高级控制算法的软件实现，读者将了解构建一个完整控制系统软件框架的各个方面。 第九章 计算机控制系统的应用实例 为了更好地巩固所学知识，本章将通过多个具体的应用实例来展示计算机控制技术在不同领域的实际应用。我们将深入剖析工业生产线自动化中的机器人控制、数控机床的运动控制；探讨交通信号灯的智能控制、汽车发动机的电子燃油喷射控制；分析航空航天领域的飞行姿态控制、导弹制导系统；以及在医疗器械中的生命体征监测与调节等。通过这些鲜活的案例，读者将能够更直观地理解计算机控制系统的强大能力和广阔前景，并激发其在实际工程中应用所学知识的兴趣。 第十章 计算机控制系统的发展趋势 随着科技的飞速发展，计算机控制系统正朝着更加智能化、网络化、自主化的方向迈进。本章将展望计算机控制技术的未来。我们将探讨人工智能（AI）与计算机控制的融合，例如机器学习在自适应控制、模型预测控制中的应用；神经网络在复杂系统建模与控制中的潜力；以及深度学习在故障诊断与预测性维护中的作用。物联网（IoT）和云计算将如何改变控制系统的架构，实现更广泛的互联互通和协同控制。此外，安全性、可靠性以及人机交互的进步也将是未来发展的重要方向。本书的最后一章将为读者描绘一个充满机遇和挑战的计算机控制技术未来图景。 通过阅读本书，读者将能够建立起扎实的计算机控制系统理论基础，掌握核心的设计方法，并对实际应用有深入的理解，为未来在相关领域的研究和工程实践打下坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计，坦率地说，有点过于朴实了。那种深沉的蓝色调配上略显老派的字体，初次拿起时，我差点以为自己拿了一本上世纪末的教科书。不过，翻开内页后，里面的内容组织结构却展现出一种出人意料的清晰脉络。它不像有些教材那样上来就抛出一大堆晦涩的公式和概念，而是用一种非常生活化的例子，比如一个简单的自动流水线控制，来逐步引导读者进入计算机控制系统的核心。我特别欣赏它在基础理论讲解上花费的心思，特别是关于PID控制算法的阐述部分，作者似乎非常清楚初学者在理解这些抽象概念时会遇到的难点，因此用了很多篇幅来拆解步骤，辅以大量的图示，这点对于自学者来说简直是雪中送炭。如果说有什么遗憾，那就是在前几章的章节小结部分，例题的难度提升曲线有点跳跃，从入门到需要一定数学功底的中间环节似乎少了一个缓冲地带，需要读者自行多花时间去消化和巩固。整体而言，它是一本需要你沉下心来，但回报率很高的入门读物，适合对技术有热情但缺乏系统学习经验的工程师或技术爱好者。

评分☆☆☆☆☆

阅读这本书的过程，与其说是学习，不如说更像是一场思维方式的重塑。它的叙述风格非常严谨，带着一种不容置疑的学术权威感，但又巧妙地避免了过度枯燥。作者似乎特别注重培养读者的“系统思维”能力，即从宏观上把握整个控制系统的输入、处理、输出和反馈循环。例如，在介绍故障诊断和安全冗余设计时，它不仅仅给出了几种标准化的解决方案，而是引导读者去思考“如果A模块失效，系统应该如何自动切换到B模块，同时保证数据一致性”这类更深层次的问题。这种引导性的提问方式，迫使你不能只停留在“知其然”的层面，而必须去探究“知其所以然”。唯一的缺点，可能是对高级控制算法，比如模糊控制或神经网络控制的探讨略显蜻蜓点水，更像是作为拓展知识点被提及，如果能增加一个专门的章节进行更详尽的分析和实例演示，这本书的厚重感和全面性将更上一层楼。

评分☆☆☆☆☆

这本教材给我的最深刻印象，在于它对系统集成与实际应用案例的偏执。很多计算机控制的书籍，重理论轻实践，读完后感觉自己掌握了一堆知识点，但真要应用于实际的工业场景，立马就抓瞎了。然而，这本书似乎反其道而行之，它花了很大篇幅去探讨不同类型传感器的数据采集、信号处理的抗干扰技术，以及PLC（可编程逻辑控制器）与上位机之间的通信协议。我特别留意了关于运动控制那一章，它不仅讲解了伺服电机的工作原理，还深入剖析了在实际生产线中如何通过软件算法来优化加减速曲线，以达到更高的精度和更低的能耗。虽然其中对最新一代工业以太网技术的介绍相对保守，可能略微落后于市场最前沿，但对于打牢一个工程师的“内功”——即理解控制回路的本质和硬件交互的细节——这本书的价值是无可替代的。它更像是一个经验丰富的老技师手把手教你如何调试一个真实的生产系统，而不是一个理论物理学家在讲解数学模型的美感。

评分☆☆☆☆☆

从一个跨专业学习者的角度来看，这本书的结构安排简直是教科书级别的“由浅入深”。我本身是软件背景出身，对硬件接口和底层驱动的知识非常薄弱。起初，我对那些关于模拟量转数字量、电流环电压环的概念感到头疼欲裂。然而，这本书的编排者显然考虑到了像我这样的群体，他们先用通俗的语言描述了物理信号的特性，然后才引入相关的电路知识和A/D转换的原理，确保了知识点的接收是渐进式的。这种对学习曲线的细致考量，使得原本高高在上的“控制技术”变得触手可及。我尤其喜欢它在每一章末尾设置的“思考题”，这些题目不是简单的知识点复述，而是要求结合前文所学知识，设计一个简化的控制流程图或逻辑框图，这极大地锻炼了我的应用能力。虽然有些读者可能会觉得前期的理论铺垫有点慢，但我认为这是必要的，它为后续复杂系统的构建提供了坚实的地基。

评分☆☆☆☆☆

如果要用一个词来概括我的使用体验，那就是“扎实”。这本书没有迎合时下追逐热门技术的风潮，而是专注于那些经过时间检验、在工业界仍然占据核心地位的基础技术。我注意到，它在描述工业总线协议时，对历史悠久但稳定可靠的RS系列通信标准的介绍篇幅，甚至超过了对某些新兴无线技术的篇幅，这体现了作者对工程实用性的深刻理解。它不追求花哨的界面或时髦的术语，而是聚焦于如何构建一个高可靠性、低延迟的控制闭环。随书附带的光盘（如果现在还有光盘的话）或者配套资源中，那些经过验证的经典仿真程序，对于快速验证理论效果非常有帮助。这本书的语言风格极其精确和务实，没有一句废话，每一个公式、每一个图例都有其存在的明确目的，这让阅读效率非常高。对于那些真正想在工业自动化领域深耕的人来说，这本书是工具箱里必不可少的一把硬核扳手。