本書采用新體系、新內容、新技術,在作者編寫的十一五規(guī)劃教材《計算機控制系統(tǒng)》第3版基礎上,遵循新工科理念,與時俱進,為滿足近幾年新增專業(yè)(如機器人工程、人工智能等)或有關領域和行業(yè)對學習計算機控制新技術的迫切需求而重新編寫。
本書注重理論聯系實際,突出工程應用,全面系統(tǒng)地介紹了計算機控制系統(tǒng)的各個重要組成部分,是在作者30多年教學與科研實踐經驗的基礎上,吸收國內外計算機控制系統(tǒng)設計中所采用的*新技術編寫而成。書中講述了計算機控制技術在現代數控系統(tǒng)、工業(yè)機器人、自動駕駛汽車、云計算、邊緣計算和分布式控制系統(tǒng)等領域或行業(yè)的*新應用研究成果。
全書共10章,主要內容為:計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展過程、計算機控制系統(tǒng)的組成、計算機控制系統(tǒng)的分類、過程輸入/輸出通道、現代數控技術和工業(yè)機器人、云計算和邊緣計算、自動駕駛技術、計算機控制系統(tǒng)的控制算法、計算機控制系統(tǒng)的軟件設計、現場總線與工業(yè)以太網控制網絡技術、計算機控制系統(tǒng)的電磁兼容與抗干擾設計、分布式控制系統(tǒng)的設計。全書內容豐富,技術先進,結構合理,理論與實踐相結合,尤其注重工程應用技術。
本書可作為高等院校各類自動化、機器人工程、自動檢測、機電一體化、人工智能、電子與電氣工程、計算機應用、信息工程等專業(yè)的本科教材,同時可以作為相關專業(yè)的研究生教材,也適合作為從事計算機控制系統(tǒng)設計的工程技術人員的參考用書。
配套資源:電子課件、習題答案、教學大綱、電子教案、試卷及答案
本書特色:
★采用新體系、新內容、新技術,遵循新工科理念,為滿足自動化、機器人工程、人工智能等新專業(yè)對課程的新需求而編寫。
★注重理論聯系實際,突出工程應用,全面系統(tǒng)地介紹了計算機控制系統(tǒng)的各個重要組成部分,是在作者30多年教學與科研實踐經驗的基礎上,吸收國內外計算機控制系統(tǒng)設計中所采用的*新技術編寫而成。
★全面地闡述了計算機控制技術在現代數控系統(tǒng)、工業(yè)機器人、自動駕駛汽車、云計算、邊緣計算和分布式控制系統(tǒng)等領域或行業(yè)的新應用研究成果。
計算機控制技術作為自動化、自動檢測技術、機器人工程等專業(yè)的一門核心專業(yè)課,其課程體系已經使用30多年,無論教學內容還是所講技術均已陳舊,既不能滿足社會經濟發(fā)展和現代教學的需要,也不能激發(fā)學生的學習熱情。特別是在新工科的背景下,該課程的教學體系、教學內容、所講技術迫切需要改革和更新。計算機控制技術的應用領域不再僅僅是流程工業(yè)中的溫度、壓力、液位等過程控制,現在非常熱門的工業(yè)機器人、智能制造、自動駕駛和邊緣計算等領域,也需要計算機控制技術的支持。
目前,能夠把數電、模電、單片機原理、微機原理、嵌入式系統(tǒng)、自動控制原理、現場總線與工業(yè)以太網、現代數控系統(tǒng)、工業(yè)機器人、自動駕駛技術、云計算、邊緣計算、分布式控制系統(tǒng)等課程或新技術融合在一起的課程非計算機控制技術莫屬。
現在,計算機控制技術課程一般只有32~40學時,在有限的學時內既要講述計算機控制的傳統(tǒng)知識又要增加新的知識點,只有這樣才能夠更好地體現本課程的價值,激發(fā)學生的學習熱情,達到學以致用的目的。
本書采用新體系、新內容、新技術,遵循新工科理念,為滿足近幾年新增專業(yè)(如機器人工程、人工智能等)或有關領域和行業(yè)對計算機控制新技術的迫切需求而編寫。
本書采用的教學體系與其說是一種改革,不如說是一種探索。計算機控制技術這門課從教學科研和專業(yè)建設發(fā)展需求來講,是一門既必需又重要的核心課。因此,本書的編寫本著與時俱進的原則,對社會經濟發(fā)展、專業(yè)學科建設等都具有積極的推動作用。
本書是在機械工業(yè)出版社出版的《計算機控制系統(tǒng)》第3版教材的基礎上編寫而成,主要增修內容如下。
1) 保留計算機控制技術課程傳統(tǒng)的主要教學內容,但內容更精練,利于和傳統(tǒng)教學模式相銜接,方便教學,循序漸進。
2)少講述單片機原理等課程的教學內容,為了體系的需要有少量保留。
3)業(yè)界普遍認為,以PID及其改進算法作為數字控制器已經能夠滿足85%以上的控制需求。本科生只需掌握幾種數字控制器的應用,就可以為將來的工程應用打下良好的基礎。因此,本書不再講述直接數字控制器的設計、極點配置、大林算法、史密斯預估控制等需要精確數學模型的控制算法,同時不再遵循深講理論基礎的教學思維,而是以控制算法的真實應用為主。如果學生對某些控制算法感興趣或者有工作需要,可以選修學校開設的其他有關課程或自學。
4) 增加了現代數控技術和工業(yè)機器人的教學內容。
5) 重新編寫了現場總線與工業(yè)以太網控制網絡技術一章,并增加了工業(yè)互聯網的教學內容。
6) 重新編寫了計算機控制系統(tǒng)的電磁兼容與抗干擾設計一章,刪除了部分內容,并增加了抑制電磁干擾的隔離技術一節(jié)。
7) 增加了云計算和邊緣計算的教學內容。
8) 增加了分布式控制系統(tǒng)的設計一章,并在該章中講述了工業(yè)控制系統(tǒng)性能評估和監(jiān)控。
本書的教學內容非常豐富,各高?梢愿鶕緦I(yè)的具體需求有選擇地講述相關內容。
另外,建議在教學環(huán)節(jié)指導學生完成一個計算機控制技術的綜合課程設計,分值可占總成績的30%左右。
本書共10章。第1章介紹了計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展過程、概念、組成、分類、總線技術及采用的技術和發(fā)展趨勢;第2章詳細講述了過程輸入/輸出通道,包括常用傳感器、變送器、執(zhí)行器、IEEE 1451智能變送器標準、采樣和模擬開關、模擬量輸入通道、12位低功耗A/D轉換器AD7091R、模擬量輸出通道、12/16位串行輸入D/A轉換器AD5410/AD5420和數字量輸入/輸出通道;第3章詳述了現代數控技術和工業(yè)機器人,包括數控系統(tǒng)概述、機床數控系統(tǒng)的分類、數控機床點位控制與點位/直線切削控制、CNC系統(tǒng)的組成與工作原理、開放式數控系統(tǒng)、工業(yè)機器人概述、工業(yè)機器人的種類與應用領域、工業(yè)機器人控制系統(tǒng)與軟硬件組成、工業(yè)機器人系統(tǒng)體系結構、機器人操作臂位置軌跡追蹤控制;第4章講述了云計算和邊緣計算,包括云計算、邊緣計算概述、邊緣計算的基本結構和特點、邊緣計算的基礎資源架構技術、邊緣計算軟件架構、邊緣計算安全與隱私保護、APAX-5580/AMAX-5580邊緣智能控制器;第5章詳述了自動駕駛技術,包括自動駕駛技術概述、自動駕駛技術架構與分級、汽車線控技術、自動駕駛汽車硬件平臺、汽車運動控制、自動駕駛環(huán)境感知和車載感知系統(tǒng)組成、自動駕駛系統(tǒng)架構、自動駕駛系統(tǒng)的感知與定位技術、自動駕駛汽車的決策與控制技術和自動駕駛平臺技術;第6章講述了計算機控制系統(tǒng)的控制算法,包括被控對象的傳遞函數與性能指標、PID控制、數字PID算法、PID參數整定、串級控制、前饋-反饋控制和模糊控制;第7章講述了計算機控制系統(tǒng)的軟件設計,包括計算機控制系統(tǒng)軟件概述、實時多任務系統(tǒng)、現場控制層的軟件系統(tǒng)平臺、計算機控制系統(tǒng)軟件的關鍵技術、計算機控制系統(tǒng)軟件驅動程序設計、OPC技術、Web技術、常用數字濾波算法與程序設計、標度變換與數據處理和工業(yè)控制組態(tài)軟件;第8章講述了現場總線與工業(yè)以太網控制網絡技術,包括現場總線與工業(yè)以太網概述、常用現場總線與工業(yè)以太網和工業(yè)互聯網技術;第9章講述了計算機控制系統(tǒng)的電磁兼容與抗干擾設計,包括電磁兼容技術
第1章緒論
1.1計算機控制理論的發(fā)展過程
1.2計算機控制系統(tǒng)的概念
1.3計算機控制系統(tǒng)的組成
1.4計算機控制系統(tǒng)的分類
1.5計算機控制系統(tǒng)的總線技術
1.6計算機控制系統(tǒng)采用的技術和發(fā)展趨勢
習題
第2章過程輸入/輸出通道
2.1傳感器
2.2變送器
2.3執(zhí)行器
2.4 IEEE 1451智能變送器標準
2.5量程自動轉換與系統(tǒng)誤差的自動校正
2.6采樣和模擬開關
2.7模擬量輸入通道
2.8 12位低功耗A/D轉換器AD7091R
2.9模擬量輸出通道
2.10 12/16位串行輸入D/A轉換器AD5410/AD5420
2.11數字量輸入/輸出通道
習題
第3章現代數控技術和工業(yè)機器人
3.1數控系統(tǒng)概述
3.2機床數控系統(tǒng)的分類
3.3數控機床點位控制與點位/直線切削控制
3.4CNC系統(tǒng)的組成與工作原理
3.5開放式數控系統(tǒng)
3.6工業(yè)機器人概述
3.7工業(yè)機器人的種類與應用領域
3.8工業(yè)機器人控制系統(tǒng)與軟硬件組成
3.9工業(yè)機器人系統(tǒng)體系結構
3.10機器人操作臂位置軌跡追蹤控制
習題
第4章云計算和邊緣計算
4.1云計算
4.2邊緣計算概述
4.3邊緣計算的基本結構和特點
4.4邊緣計算的基礎資源架構技術
4.5邊緣計算軟件架構
4.6邊緣計算應用案例
4.7邊緣計算安全與隱私保護
4.8 APAX-5580/AMAX-5580邊緣智能控制器
習題
第5章 自動駕駛技術
5.1自動駕駛技術概述
5.2自動駕駛技術架構與分級
5.3汽車線控技術
5.4自動駕駛汽車硬件平臺
5.5汽車運動控制
5.6自動駕駛環(huán)境感知和車載感知系統(tǒng)組成
5.7自動駕駛系統(tǒng)架構
5.8自動駕駛系統(tǒng)的感知與定位技術
5.9自動駕駛汽車的決策與控制技術
5.10自動駕駛平臺技術
習題
第6章計算機控制系統(tǒng)的控制算法
6.1被控對象的傳遞函數與性能指標
6.2 PID控制
6.3數字PID算法
6.4 PID參數整定
6.5串級控制
6.6前饋-反饋控制
6.7模糊控制
習題
第7章計算機控制系統(tǒng)的軟件設計
7.1計算機控制系統(tǒng)軟件概述
7.2實時多任務系統(tǒng)
7.3現場控制層的軟件系統(tǒng)平臺
7.4計算機控制系統(tǒng)軟件的關鍵技術
7.5計算機控制系統(tǒng)軟件驅動程序設計
7.6 OPC技術
7.7 Web技術
7.8常用數字濾波算法與程序設計
7.9標度變換與數據處理
7.10工業(yè)控制組態(tài)軟件
習題
第8章現場總線與工業(yè)以太網控制網絡技術
8.1現場總線概述
8.2工業(yè)以太網概述
8.3常用現場總線簡介
8.3.1FF
8.4常用工業(yè)以太網簡介
8.5工業(yè)互聯網技術
習題
第9章計算機控制系統(tǒng)的電磁兼容與抗干擾設計
9.1電磁兼容技術
9.2抑制電磁干擾的隔離技術
9.3計算機控制系統(tǒng)可靠性設計
9.4抗干擾的硬件措施
9.5抗干擾的軟件措施
9.6計算機控制系統(tǒng)的容錯設計
習題
第10章分布式控制系統(tǒng)的設計
10.1 DCS概述
10.2第四代DCS 的體系結構和典型產品
10.3 DCS的硬件和軟件系統(tǒng)設計
10.4 DCS軟件系統(tǒng)的關鍵技術
10. 5DCS的安全性
10.6工業(yè)控制系統(tǒng)性能評估和監(jiān)控
習題
參考文獻