本書簡明、系統(tǒng)地介紹了計算機控制技術與系統(tǒng)，主要內容包括：計算機控制系統(tǒng)的概念、組成、分類及發(fā)展，計算機控制系統(tǒng)中常用的檢測設備和執(zhí)行機構，計算機總線和網(wǎng)絡通信技術，過程通道與人機接口，數(shù)據(jù)處理與控制策略，計算機控制系統(tǒng)中的抗干擾技術，計算機控制系統(tǒng)軟件，典型計算機控制系統(tǒng)，計算機集成制造系統(tǒng)，計算機控制系統(tǒng)的設計與實施，計算機控制系統(tǒng)實例。
本書可以作為高等院校自動化類、計算機類、電氣類、機械類、儀器類、電子信息類及智能制造、機器人等新興專業(yè)的本�？茖W生和研究生的教材，也可以作為有關工程技術人員的參考書。
在保留經(jīng)典內容的基礎上，融合了計算機控制領域近年來的科研進展與技術創(chuàng)新，以全面反映計算機控制技術在智能制造時代的進展與廣泛應用。
本書配套資源豐富，有授課電子課件、微課視頻、習題參考答案等配套資源，方便授課與自學。
計算機控制技術是研究自動控制理論和計算機控制技術如何應用于工業(yè)生產(chǎn)過程自動化的一門專業(yè)技術。工業(yè)控制是計算機應用的一個重要領域，計算機控制是為適應這一領域的需要而發(fā)展起來的一門專業(yè)技術。
本書簡明、系統(tǒng)地介紹了計算機控制系統(tǒng)的基本原理、設計技術和實現(xiàn)方法。本書在《計算機控制技術》（劉川來、胡乃平等編著）經(jīng)典框架的基礎上，融合了計算機控制領域近年來的科研進展與技術創(chuàng)新。通過廣泛參考國內外文獻與著作，同時汲取青島科技大學及眾多高校在教學實踐與科研探索中的精華，本書在確保知識基礎穩(wěn)固的同時，兼顧了內容的系統(tǒng)性與實用性。
本書在保留經(jīng)典內容的基礎上，進行了大幅度的更新與擴展，特別增設了多個前沿章節(jié)，以全面反映計算機控制技術在智能制造時代的進展與廣泛應用。具體體現(xiàn)在：
1）增設了計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）章節(jié)，以前瞻視角深入探討了計算機控制在智能制造領域的核心作用。該章節(jié)不僅全面闡述了CIMS的概念、分類以及發(fā)展歷程及其在現(xiàn)代工業(yè)中的重要性，還詳細剖析了CIMS的組成和層次結構，并詳細介紹了CIMS的功能分系統(tǒng)，以及CIMS的開發(fā)和實施。
2）將計算機總線技術和計算機控制中的網(wǎng)絡與通信技術合并為一章，進行了系統(tǒng)而全面的介紹，新增了物聯(lián)網(wǎng)、5G網(wǎng)絡等近幾年迅速發(fā)展的技術。
3）緊跟人工智能技術的發(fā)展步伐，增加了人工智能在計算機控制中應用的內容。通過具體案例和理論分析，展示人工智能如何賦能計算機控制系統(tǒng)，提升其智能化水平。隨著云計算的飛速發(fā)展，云控制系統(tǒng)已成為計算機控制領域的重要研究方向。
4）增加了云控制系統(tǒng)章節(jié)，介紹其基本概念、核心技術、控制流程以及云邊協(xié)同控制系統(tǒng)等。
本書精心構建了從理論到實踐的橋梁，既與基礎知識緊密銜接，確保邏輯清晰、體系完整，又充分考慮了不同學習背景與需求的讀者群體。一方面力求做到內容全面、系統(tǒng)，另一方面突出重點，從實際應用的角度把握全書的內容。全書共11章：第1章是緒論，主要介紹計算機控制系統(tǒng)的概念、組成、分類及發(fā)展；第2章介紹了計算機控制系統(tǒng)中常用的檢測設備和執(zhí)行機構；第3章介紹了計算機總線和網(wǎng)絡通信技術；第4章介紹了過程通道與人機接口；第5章介紹了計算機控制中常用的數(shù)據(jù)處理與控制策略；第6章介紹了計算機控制系統(tǒng)中的抗干擾技術；第7章介紹了計算機控制系統(tǒng)軟件；第8章介紹了典型計算機控制系統(tǒng)；第9章介紹了計算機集成制造系統(tǒng)；第10章介紹了計算機控制系統(tǒng)的設計與實施；第11章介紹了幾個計算機控制系統(tǒng)的實例。
本書內容豐富，教師可以根據(jù)不同的要求和學生的基礎情況靈活安排。每章的內容自成一體，讀者可以根據(jù)自己的知識結構和需要加以選擇。
書中的圖表或圖示大部分采用了國家標準中的符號和約定，但出于特定原因（如軟件、國際通用性、歷史遺留問題等），部分圖表則采用了國際標準。這種差異雖然可能會給讀者帶來一些額外的認知負擔，但了解并適應這種差異是深化專業(yè)知識和技能的重要一環(huán)。
本書由青島科技大學胡乃平教授主編，參加編寫的人員有胡乃平（第1章、第2章、第4章），周艷平（第3章、第8章、第9章），趙艷東（第5章、第6章、第10章），林明明（第7章、第11章）。
本書的編寫得到了青島科技大學計算機控制技術課程組老師們的大力支持，他們在本書編寫過程中提出了很多非常有價值的建議，在此表示衷心的感謝！同時還要感謝機械工業(yè)出版社對本書的編寫及出版給予的大力支持。
最后，雖然作者們已經(jīng)盡力，但書中難免存在一些不足之處。我們真誠地歡迎廣大讀者提出寶貴的意見和建議，以便在未來的修訂中不斷完善和提高。通過這些反饋，我們希望能夠為計算機控制技術與系統(tǒng)領域的教學與科研貢獻更多有價值的資源。
前言
第1章 緒論 1
1.1 計算機控制系統(tǒng)概述 1
1.2 計算機控制系統(tǒng)的組成及分類 2
1.2.1 計算機控制系統(tǒng) 2
1.2.2 計算機控制系統(tǒng)的硬件組成 3
1.2.3 計算機控制系統(tǒng)的軟件組成 5
1.2.4 計算機控制系統(tǒng)的分類 5
1.3 計算機控制研究的課題與發(fā)展
趨勢 7
1.3.1 計算機控制研究的課題 7
1.3.2 計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 10
習題 11
第2章 計算機控制系統(tǒng)中的檢測設備和
執(zhí)行機構 12
2.1 過程控制中的檢測設備 12
2.1.1 傳感器與變送器 12
2.1.2 壓力檢測及變送 13
2.1.3 溫度檢測及變送 15
2.1.4 流量檢測及變送 19
2.1.5 物位檢測及變送 21
2.1.6 成分分析設備 23
2.2 運動控制中的檢測設備 25
2.2.1 檢測開關 25
2.2.2 測速發(fā)電機 26
2.2.3 光電編碼器 27
2.2.4 測厚儀表 28
2.3 過程控制中的執(zhí)行器 28
2.3.1 氣動執(zhí)行器 29
2.3.2 電動執(zhí)行器 34
2.3.3 現(xiàn)場總線執(zhí)行器 35
2.4 運動控制中的執(zhí)行機構 37
2.4.1 交流伺服電動機 37
2.4.2 直流伺服電動機 40
2.4.3 步進電動機 41
2.4.4 液壓缸 43
2.4.5 液壓閥 44
2.4.6 液壓泵 45
習題 46
第3章 總線與網(wǎng)絡通信技術 47
3.1 計算機總線 47
3.1.1 總線的基本概念 47
3.1.2 常用內部總線 52
3.1.3 常用外部總線 56
3.2 計算機網(wǎng)絡 66
3.2.1 計算機網(wǎng)絡概述 66
3.2.2 OSI模型 67
3.2.3 計算機局域網(wǎng)絡 69
3.2.4 計算機網(wǎng)絡互聯(lián)設備 72
3.3 數(shù)據(jù)通信技術 73
3.3.1 數(shù)據(jù)通信概述 73
3.3.2 檢錯與糾錯 77
3.4 無線通信技術 79
3.4.1 藍牙技術 79
3.4.2 ZigBee技術 81
3.4.3 LoRa技術 82
3.4.4 NB-IoT技術 83
3.4.5 5G技術 84
3.4.6 Wi-Fi技術 85
3.5 工業(yè)控制網(wǎng)絡 85
3.5.1 現(xiàn)場總線技術 86
3.5.2 工業(yè)以太網(wǎng) 88
3.5.3 工業(yè)控制網(wǎng)絡結構 90
3.5.4 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng) 91
習題 92
第4章 過程通道與人機接口 94
4.1 數(shù)字量輸入/輸出通道 94
4.1.1 數(shù)字量信號的分類 94
4.1.2 數(shù)字量輸入通道 94
4.1.3 數(shù)字量輸出通道 95
4.1.4 數(shù)字量輸入/輸出通道的標準化
設計 97
4.2 模擬量輸出通道 98
4.2.1 D/A轉換器分類及特點 98
4.2.2 D/A轉換器原理及主要性能參數(shù) 99
4.2.3 D/A轉換器芯片及接口電路 100
4.2.4 D/A轉換器的輸出 102
4.2.5 D/A轉換器接口的隔離技術 104
4.2.6 D/A轉換器模板的標準化設計 107
4.3 模擬量輸入通道 108
4.3.1 A/D轉換器分類及特點 108
4.3.2 A/D轉換器原理及主要性能參數(shù) 109
4.3.3 A/D轉換器芯片及接口電路 111
4.3.4 A/D轉換器的外圍電路 117
4.3.5 A/D轉換器接口的隔離技術 118
4.3.6 A/D轉換器模板的標準化設計 119
4.4 人機接口 119
4.4.1 鍵盤 119
4.4.2 鼠標 121
4.4.3 觸摸屏 121
4.4.4 顯示器 123
4.4.5 打印機 124
習題 124
第5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 125
5.1 數(shù)字濾波和數(shù)據(jù)處理 125
5.1.1 數(shù)字濾波 126
5.1.2 數(shù)據(jù)處理 128
5.2 數(shù)字控制器的設計技術 131
5.2.1 數(shù)字控制器的連續(xù)化設計技術 132
5.2.2 數(shù)字控制器的離散化設計技術 133
5.3 數(shù)控技術 135
5.3.1 數(shù)控技術概述 135
5.3.2 數(shù)控技術原理 135
5.3.3 運動控制系統(tǒng) 138
5.4 數(shù)字PID控制算法 140
5.4.1 標準數(shù)字PID控制算法 140
5.4.2 數(shù)字PID控制算法的改進 141
5.4.3 數(shù)字PID參數(shù)整定 144
5.5 常規(guī)控制方案 145
5.5.1 串級控制系統(tǒng) 145
5.5.2 前饋控制系統(tǒng) 146
5.5.3 純滯后補償控制系統(tǒng) 147
5.6 先進控制方案 149
5.6.1 預測控制系統(tǒng) 149
5.6.2 模糊控制系統(tǒng) 152
5.6.3 神經(jīng)網(wǎng)絡控制系統(tǒng) 154
5.6.4 數(shù)字孿生系統(tǒng) 155
5.6.5 基于人工智能的下一代控制系統(tǒng) 156
習題 157
第6章 計算機控制系統(tǒng)中的抗干擾
技術 159
6.1 干擾的傳播途徑與作用方式 159
6.1.1 干擾的來源 159
6.1.2 干擾的傳播途徑 159
6.1.3 干擾的作用方式 162
6.2 硬件抗干擾技術 164
6.2.1 電源系統(tǒng)的抗干擾技術 164
6.2.2 接地系統(tǒng)的抗干擾技術 166
6.2.3 過程通道的抗干擾技術 168
6.3 軟件抗干擾技術 171
6.3.1 信號處理抗干擾技術 172
6.3.2 CPU及程序的抗干擾技術 173
6.4 提高計算機控制系統(tǒng)可靠性的
設計措施 175
6.4.1 分散控制技術 175
6.4.2 冗余技術 176
6.4.3 自診斷技術 177
6.4.4 環(huán)境設計措施 178
6.4.5 管理和維護措施 178
6.4.6 災難恢復設計 179
6.4.7 可靠性測試 179
習題 179
第7章 計算機控制系統(tǒng)軟件 180
7.1 計算機控制軟件概述 180
7.1.1 計算機軟件基礎 180
7.1.2 計算機控制系統(tǒng)軟件功能 181
7.2 操作系統(tǒng) 182
7.2.1 操作系統(tǒng)的分類 182
7.2.2 操作系統(tǒng)的功能 183
7.2.3 常見操作系統(tǒng) 184
7.3 數(shù)據(jù)結構與算法 185
7.3.1 數(shù)據(jù)結構的定義 185
7.3.2 數(shù)據(jù)結構的分類 185
7.3.3 算法和算法分析 186
7.3.4 常見的算法 187
7.4 計算機控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫 188
7.4.1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述 188
7.4.2 數(shù)據(jù)庫的三級模式 191
7.4.3 數(shù)據(jù)模型 1
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