描述
开 本: 16开纸 张: 胶版纸包 装: 平装-胶订是否套装: 否国际标准书号ISBN: 9787121345814
内容简介
本书较全面地介绍了计算机控制系统的基本理论和应用，主要包括：计算机控制系统理论基础与设计，单片机及其在舰船机械控制中的应用，可编程控制器及其在舰船机械控制中的应用，网络控制技术等内容。
目 录
第１ 章 绪论……………………………………………………………………………… １
１?? １ 计算机控制系统概述…………………………………………………………… １
１?? １?? １ 计算机控制系统的一般概念………………………………………………… ２
１?? １?? ２ 计算机控制系统的组成……………………………………………………… ３
１?? １?? ３ 计算机控制系统的分类……………………………………………………… ５
１?? １?? ４ 计算机控制系统的特点……………………………………………………… ７
１?? ２ 计算机控制系统发展概况与趋势……………………………………………… ８
１?? ２?? １ 计算机控制系统发展概况…………………………………………………… ８
１?? ２?? ２ 计算机控制系统的发展趋势………………………………………………… ９
思考题及习题………………………………………………………………………… １０
第２ 章 计算机控制理论基础…………………………………………………………… １１
２?? １ 信号的采样与保持…………………………………………………………… １１
２?? １?? １ 连续控制系统与计算机控制系统的区别…………………………………… １１
２?? １?? ２ 采样过程…………………………………………………………………… １２
２?? １?? ３ 信号保持…………………………………………………………………… １４
２?? １?? ４ 采样定理…………………………………………………………………… １５
２?? ２ Ｚ 变换…………………………………………………………………………… １９
２?? ２?? １ Ｚ 变换的定义……………………………………………………………… １９
２?? ２?? ２ 常用函数的Ｚ 变换………………………………………………………… ２０
２?? ２?? ３ Ｚ 变换的性质……………………………………………………………… ２２
２?? ２?? ４ Ｚ 反变换…………………………………………………………………… ２６
２?? ３ 计算机控制系统的数学描述………………………………………………… ２９
２?? ３?? １ 差分方程…………………………………………………………………… ２９
２?? ３?? ２ 脉冲传递函数……………………………………………………………… ３４
２?? ４ 计算机控制系统的分析……………………………………………………… ４０
２?? ４?? １ 计算机控制系统的稳定性分析……………………………………………… ４０
２?? ４?? ２ 计算机控制系统的稳态误差分析…………………………………………… ４５
２?? ４?? ３ 计算机控制系统的性能指标………………………………………………… ４７
思考题及习题………………………………………………………………………… ４８
第３ 章 计算机控制系统设计…………………………………………………………… ５１
３?? １ 计算机控制系统模拟化设计………………………………………………… ５１
３?? １?? １ 模拟控制器的离散化方法…………………………………………………… ５２
３?? １?? ２ 数字ＰＩＤ 控制……………………………………………………………… ５５
３?? １?? ３ 数字ＰＩＤ 控制算法的改进…………………………………………………… ６０
３?? １?? ４ ＰＩＤ 控制参数的整定……………………………………………………… ６４
３?? ２ 基于离散化的设计方法……………………………………………………… ６７
３?? ２?? １ 少拍计算机控制系统的设计……………………………………………… ６８
３?? ２?? ２ 任意广义对象的少拍控制器设计………………………………………… ７３
３?? ２?? ３ 无波纹少拍计算机控制系统的设计……………………………………… ７５
３?? ３ 计算机控制常用算法………………………………………………………… ７８
３?? ３?? １ 大林算法…………………………………………………………………… ７８
３?? ３?? ２ 多回路串级控制…………………………………………………………… ８１
３?? ３?? ３ 预测控制…………………………………………………………………… ８４
思考题及习题………………………………………………………………………… ９１
第４ 章 单片机及其在舰船机械控制中的应用………………………………………… ９３
４?? １ 单片机概述…………………………………………………………………… ９３
４?? １?? １ 单片机的发展……………………………………………………………… ９３
４?? １?? ２ 单片机的特点……………………………………………………………… ９４
４?? １?? ３ 单片机的应用……………………………………………………………… ９４
４?? １?? ４ ＭＣＳ－５１ 系列单片机………………………………………………………… ９５
４?? １?? ５ 单片机应用系统开发流程…………………………………………………… ９６
４?? ２ ＭＣＳ－５１ 系列单片机结构与原理……………………………………………… ９７
４?? ２?? １ ＭＣＳ－５１ 单片机的组成与结构……………………………………………… ９７
４?? ２?? ２ ＭＣＳ－５１ 单片机的引脚……………………………………………………… ９８
４?? ２?? ３ ＭＣＳ－５１ 单片机存储器配置………………………………………………… １００
４?? ２?? ４ ＭＣＳ－５１ 单片机时钟电路与时序…………………………………………… １０３
４?? ２?? ５ ＭＣＳ－５１ 单片机复位电路………………………………………………… １０４
４?? ３ 单片机编程基础……………………………………………………………… １０６
４?? ３?? １ Ｃ５１ 程序概述……………………………………………………………… １０６
４?? ３?? ２ Ｃ５１ 的数据类型与存储类型……………………………………………… １０９
４?? ３?? ３ Ｃ５１ 变量与常量…………………………………………………………… １１３
４?? ３?? ４ Ｃ５１ 常用库函数…………………………………………………………… １１５
４?? ４ 单片机的定时／计数器……………………………………………………… １１８
４?? ４?? １ ＭＣＳ－５１ 单片机定时／计数器的结构………………………………………… １１８
４?? ４?? ２ ＭＣＳ－５１ 单片机定时／计数器工作方式……………………………………… １２０
４?? ４?? ３ 单片机定时／计数应用…………………………………………………… １２２
４?? ５ 单片机中断…………………………………………………………………… １２３
４?? ５?? １ 中断的概念……………………………………………………………… １２３
４?? ５?? ２ 中断系统结构……………………………………………………………… １２４
４?? ５?? ３ 中断的控制……………………………………………………………… １２６
４?? ５?? ４ 中断响应………………………………………………………………… １２７
４?? ５?? ５ 中断编程实例……………………………………………………………… １２９
４?? ６ 单片机串行通信技术………………………………………………………… １３０
４?? ６?? １ 计算机通信的基本概念…………………………………………………… １３０
４?? ６?? ２ ＭＣＳ－５１ 单片机串行接口………………………………………………… １３２
４?? ６?? ３ ＭＣＳ－５１ 单片机串行口应用范例…………………………………………… １３６
４?? ７ 基于单片机的舰船机械监控装置…………………………………………… １３８
４?? ７?? １ 舰船轴功率测量装置……………………………………………………… １３８
４?? ７?? ２ 舰船柴油机相继增压控制装置…………………………………………… １４０
·Ⅱ· 舰船机械计算机控制技术
４?? ８ 单片机控制系统综合设计…………………………………………………… １４０
４?? ８?? １ 总体设计………………………………………………………………… １４１
４?? ８?? ２ 硬件电路设计……………………………………………………………… １４１
４?? ８?? ３ 软件设计………………………………………………………………… １４４
４?? ８?? ４ 设计总结及功能扩展……………………………………………………… １６６
思考题及习题……………………………………………………………………… １６７
第５ 章 可编程控制器及其在舰船机械控制中的应用……………………………… １６９
５?? １ ＰＬＣ 概述……………………………………………………………………… １６９
５?? １?? １ ＰＬＣ 的基本概念…………………………………………………………… １６９
５?? １?? ２ 可编程控制器的特点……………………………………………………… １６９
５?? １?? ３ 可编程控制器的应用……………………………………………………… １７０
５?? ２ ＰＬＣ 的组成与工作原理……………………………………………………… １７１
５?? ２?? １ ＰＬＣ 的结构类型…………………………………………………………… １７１
５?? ２?? ２ ＣＰＵ 模块………………………………………………………………… １７２
５?? ２?? ３ ＰＬＣ 的扩展模块…………………………………………………………… １７４
５?? ２?? ４ ＰＬＣ 的工作原理…………………
１?? １ 计算机控制系统概述…………………………………………………………… １
１?? １?? １ 计算机控制系统的一般概念………………………………………………… ２
１?? １?? ２ 计算机控制系统的组成……………………………………………………… ３
１?? １?? ３ 计算机控制系统的分类……………………………………………………… ５
１?? １?? ４ 计算机控制系统的特点……………………………………………………… ７
１?? ２ 计算机控制系统发展概况与趋势……………………………………………… ８
１?? ２?? １ 计算机控制系统发展概况…………………………………………………… ８
１?? ２?? ２ 计算机控制系统的发展趋势………………………………………………… ９
思考题及习题………………………………………………………………………… １０
第２ 章 计算机控制理论基础…………………………………………………………… １１
２?? １ 信号的采样与保持…………………………………………………………… １１
２?? １?? １ 连续控制系统与计算机控制系统的区别…………………………………… １１
２?? １?? ２ 采样过程…………………………………………………………………… １２
２?? １?? ３ 信号保持…………………………………………………………………… １４
２?? １?? ４ 采样定理…………………………………………………………………… １５
２?? ２ Ｚ 变换…………………………………………………………………………… １９
２?? ２?? １ Ｚ 变换的定义……………………………………………………………… １９
２?? ２?? ２ 常用函数的Ｚ 变换………………………………………………………… ２０
２?? ２?? ３ Ｚ 变换的性质……………………………………………………………… ２２
２?? ２?? ４ Ｚ 反变换…………………………………………………………………… ２６
２?? ３ 计算机控制系统的数学描述………………………………………………… ２９
２?? ３?? １ 差分方程…………………………………………………………………… ２９
２?? ３?? ２ 脉冲传递函数……………………………………………………………… ３４
２?? ４ 计算机控制系统的分析……………………………………………………… ４０
２?? ４?? １ 计算机控制系统的稳定性分析……………………………………………… ４０
２?? ４?? ２ 计算机控制系统的稳态误差分析…………………………………………… ４５
２?? ４?? ３ 计算机控制系统的性能指标………………………………………………… ４７
思考题及习题………………………………………………………………………… ４８
第３ 章 计算机控制系统设计…………………………………………………………… ５１
３?? １ 计算机控制系统模拟化设计………………………………………………… ５１
３?? １?? １ 模拟控制器的离散化方法…………………………………………………… ５２
３?? １?? ２ 数字ＰＩＤ 控制……………………………………………………………… ５５
３?? １?? ３ 数字ＰＩＤ 控制算法的改进…………………………………………………… ６０
３?? １?? ４ ＰＩＤ 控制参数的整定……………………………………………………… ６４
３?? ２ 基于离散化的设计方法……………………………………………………… ６７
３?? ２?? １ 少拍计算机控制系统的设计……………………………………………… ６８
３?? ２?? ２ 任意广义对象的少拍控制器设计………………………………………… ７３
３?? ２?? ３ 无波纹少拍计算机控制系统的设计……………………………………… ７５
３?? ３ 计算机控制常用算法………………………………………………………… ７８
３?? ３?? １ 大林算法…………………………………………………………………… ７８
３?? ３?? ２ 多回路串级控制…………………………………………………………… ８１
３?? ３?? ３ 预测控制…………………………………………………………………… ８４
思考题及习题………………………………………………………………………… ９１
第４ 章 单片机及其在舰船机械控制中的应用………………………………………… ９３
４?? １ 单片机概述…………………………………………………………………… ９３
４?? １?? １ 单片机的发展……………………………………………………………… ９３
４?? １?? ２ 单片机的特点……………………………………………………………… ９４
４?? １?? ３ 单片机的应用……………………………………………………………… ９４
４?? １?? ４ ＭＣＳ－５１ 系列单片机………………………………………………………… ９５
４?? １?? ５ 单片机应用系统开发流程…………………………………………………… ９６
４?? ２ ＭＣＳ－５１ 系列单片机结构与原理……………………………………………… ９７
４?? ２?? １ ＭＣＳ－５１ 单片机的组成与结构……………………………………………… ９７
４?? ２?? ２ ＭＣＳ－５１ 单片机的引脚……………………………………………………… ９８
４?? ２?? ３ ＭＣＳ－５１ 单片机存储器配置………………………………………………… １００
４?? ２?? ４ ＭＣＳ－５１ 单片机时钟电路与时序…………………………………………… １０３
４?? ２?? ５ ＭＣＳ－５１ 单片机复位电路………………………………………………… １０４
４?? ３ 单片机编程基础……………………………………………………………… １０６
４?? ３?? １ Ｃ５１ 程序概述……………………………………………………………… １０６
４?? ３?? ２ Ｃ５１ 的数据类型与存储类型……………………………………………… １０９
４?? ３?? ３ Ｃ５１ 变量与常量…………………………………………………………… １１３
４?? ３?? ４ Ｃ５１ 常用库函数…………………………………………………………… １１５
４?? ４ 单片机的定时／计数器……………………………………………………… １１８
４?? ４?? １ ＭＣＳ－５１ 单片机定时／计数器的结构………………………………………… １１８
４?? ４?? ２ ＭＣＳ－５１ 单片机定时／计数器工作方式……………………………………… １２０
４?? ４?? ３ 单片机定时／计数应用…………………………………………………… １２２
４?? ５ 单片机中断…………………………………………………………………… １２３
４?? ５?? １ 中断的概念……………………………………………………………… １２３
４?? ５?? ２ 中断系统结构……………………………………………………………… １２４
４?? ５?? ３ 中断的控制……………………………………………………………… １２６
４?? ５?? ４ 中断响应………………………………………………………………… １２７
４?? ５?? ５ 中断编程实例……………………………………………………………… １２９
４?? ６ 单片机串行通信技术………………………………………………………… １３０
４?? ６?? １ 计算机通信的基本概念…………………………………………………… １３０
４?? ６?? ２ ＭＣＳ－５１ 单片机串行接口………………………………………………… １３２
４?? ６?? ３ ＭＣＳ－５１ 单片机串行口应用范例…………………………………………… １３６
４?? ７ 基于单片机的舰船机械监控装置…………………………………………… １３８
４?? ７?? １ 舰船轴功率测量装置……………………………………………………… １３８
４?? ７?? ２ 舰船柴油机相继增压控制装置…………………………………………… １４０
·Ⅱ· 舰船机械计算机控制技术
４?? ８ 单片机控制系统综合设计…………………………………………………… １４０
４?? ８?? １ 总体设计………………………………………………………………… １４１
４?? ８?? ２ 硬件电路设计……………………………………………………………… １４１
４?? ８?? ３ 软件设计………………………………………………………………… １４４
４?? ８?? ４ 设计总结及功能扩展……………………………………………………… １６６
思考题及习题……………………………………………………………………… １６７
第５ 章 可编程控制器及其在舰船机械控制中的应用……………………………… １６９
５?? １ ＰＬＣ 概述……………………………………………………………………… １６９
５?? １?? １ ＰＬＣ 的基本概念…………………………………………………………… １６９
５?? １?? ２ 可编程控制器的特点……………………………………………………… １６９
５?? １?? ３ 可编程控制器的应用……………………………………………………… １７０
５?? ２ ＰＬＣ 的组成与工作原理……………………………………………………… １７１
５?? ２?? １ ＰＬＣ 的结构类型…………………………………………………………… １７１
５?? ２?? ２ ＣＰＵ 模块………………………………………………………………… １７２
５?? ２?? ３ ＰＬＣ 的扩展模块…………………………………………………………… １７４
５?? ２?? ４ ＰＬＣ 的工作原理…………………
前 言
前 言
本书为舰船动力工程、机械工程等专业“舰船机械计算机控制技术” 课程的教材，主要基于计算机控制技术的发展， 特别是计算机控制技术在舰船机械的应用发展， 总结近年的教学和科研成果， 结合课程教学改革需求编写而成。本书系统地阐述了计算机控制系统的分析方法、设计方法， 以及可编程控制器、
微控制器和现场总线网络等技术在舰船机械计算机控制中的应用。全书共分为６ 章。第１ 章介绍了计算机控制系统的组成、分类及其发展趋势。第２ 章介绍了计算机控制理论基础， 包括信号的采样与保持、Ｚ 变换、线性差分方程、脉冲传递函数及计算机控制系统的分析方法。第３ 章讨论了计算机控制系统的模拟化设计方法和离散化设计方法。第４ 章讨论了ＭＣＳ－５１ 单片机的工作原理， 程序设计及其在舰船机械控制中的应用。第５ 章讨论了Ｓ７－２００ 可编程控制器的基本概念及其在舰船机械控制中的应用。第６ 章介绍了控制网络的基本概念， 以及在舰船控制中的应用。本书坚持理论与实践相结合， 精心提炼舰船机械计算机控制技术实例； 计算机控制理论充分考虑其公式抽象、概念难懂， 紧密联系物理意义进行阐述； 同步配套ＭＡＴＬＡＢ 例题和验证； 叙述严谨、体系完整、通俗易懂， 便于阅读和自学。
本书由郭朝有副教授统稿， 其中第１、２、５ 章主要内容由常广晖副教授编写， 第３、４、６ 章主要内容由郭朝有副教授编写， 张超杰、丁融冰参与编写第４、５、６ 章。巫影教授对本书进行了全面、认真的审定并提出了宝贵的修改意见； 曾凡明教授和吴杰长教授对教材体系结构、内容取舍提出了宝贵的意见； 本书在编写过程中， 得到教研室领导和同事的关心和帮助； 本书引用了相关论著、教材的有关内容； 本书在出版过程中， 得到海军工程大学教务处的大力支持， 在此一并表示衷心的感谢！由于编者水平有限， 书中难免有疏漏和错误， 望使用该教材的师生批评指正， 便于再版时进行更正和完善。
编 者
２０１８ 年７ 月
本书为舰船动力工程、机械工程等专业“舰船机械计算机控制技术” 课程的教材，主要基于计算机控制技术的发展， 特别是计算机控制技术在舰船机械的应用发展， 总结近年的教学和科研成果， 结合课程教学改革需求编写而成。本书系统地阐述了计算机控制系统的分析方法、设计方法， 以及可编程控制器、
微控制器和现场总线网络等技术在舰船机械计算机控制中的应用。全书共分为６ 章。第１ 章介绍了计算机控制系统的组成、分类及其发展趋势。第２ 章介绍了计算机控制理论基础， 包括信号的采样与保持、Ｚ 变换、线性差分方程、脉冲传递函数及计算机控制系统的分析方法。第３ 章讨论了计算机控制系统的模拟化设计方法和离散化设计方法。第４ 章讨论了ＭＣＳ－５１ 单片机的工作原理， 程序设计及其在舰船机械控制中的应用。第５ 章讨论了Ｓ７－２００ 可编程控制器的基本概念及其在舰船机械控制中的应用。第６ 章介绍了控制网络的基本概念， 以及在舰船控制中的应用。本书坚持理论与实践相结合， 精心提炼舰船机械计算机控制技术实例； 计算机控制理论充分考虑其公式抽象、概念难懂， 紧密联系物理意义进行阐述； 同步配套ＭＡＴＬＡＢ 例题和验证； 叙述严谨、体系完整、通俗易懂， 便于阅读和自学。
本书由郭朝有副教授统稿， 其中第１、２、５ 章主要内容由常广晖副教授编写， 第３、４、６ 章主要内容由郭朝有副教授编写， 张超杰、丁融冰参与编写第４、５、６ 章。巫影教授对本书进行了全面、认真的审定并提出了宝贵的修改意见； 曾凡明教授和吴杰长教授对教材体系结构、内容取舍提出了宝贵的意见； 本书在编写过程中， 得到教研室领导和同事的关心和帮助； 本书引用了相关论著、教材的有关内容； 本书在出版过程中， 得到海军工程大学教务处的大力支持， 在此一并表示衷心的感谢！由于编者水平有限， 书中难免有疏漏和错误， 望使用该教材的师生批评指正， 便于再版时进行更正和完善。
编 者
２０１８ 年７ 月
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