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机电专业计算机控制技术

作者: 王兴波 , 王珏

出版社: 清华大学出版社

出版时间: 2022-11

版次: 1

ISBN: 9787302615354

定价: 38.00

装帧: 其他

开本: 16开

纸张: 胶版纸

字数: 292.000千字

分类: 教材教辅考试>教材>高职教材>工程技术

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《机电专业计算机控制技术》主要根据机电控制的特征，结合机电专的学生在电子、控制与计算机程序设计方面的基础，从工程应用的层面，按照“宏观做架构、微观做设计”的原则，介绍了计算机控制技术的系统组成、设计原理、开发过程和理论升华的基本知识。
  全书基于对计算机控制技术的认识、了解、掌握、应用、深化五个层次，以机电控制的问题为引导、解决问题为驱动，阐述了机电专业计算机控制技术的目的和任务、机电控制的核心、计算机控制系统的组成、计算机控制系统设计要素与要点、典型的计算机控制方法及计算机控制理论的初步知识。书中以系统设计为目标，以解决机电控制的运动控制问题为终点，采用系统设计与开发相结合的手段，涵盖了电子设计软件应用等知识。
   在材料组织上，《机电专业计算机控制技术》注重系统设计思想与架构，而忽略详细设计说明方面的内容，适合机电专业学生作为计算机控制技术的教材使用，也适合工程技术人员参考阅读。王兴波，佛山科学技术学院教授，研究生指导教师。1994年毕业于国防科技大学计算数学专业获理学硕士学位、2001年获国防科技大学机械电子工程专业工学博士学位；2008年11月晋升为教授。主要从事机械电子工程、智能制造信息安全相关的研究开发。历史上参加、主持含国家自然科学基金、省自然科学基金在内的科研项目40多项，获得省部级科技进步三等奖以上奖励4次；发表学术论文90多篇，出版专著、教材8种；获得国家专利40多件。

第1章  绪论 1

1.1  计算机控制的目的和任务 1

1.2  机电专业计算机控制的核心任务 2

1.2.1  计算机控制系统 2

1.2.2  机电专业计算机控制技术的

特点 4

1.3  本书内容及其学习要点 6

1.3.1  学习本书应具备的前期基础 6

1.3.2  本书的主要内容 7

第2章  控制系统设计软件

Altium Designer 9

2.1  设计开发控制系统的步骤与过程 9

2.2  使用Altium Designer的若干基础

知识 12

2.3  Altium Designer设计示例 25

2.3.1  Altium Designer的主界面 25

2.3.2  创建一个新项目 26

2.3.3  设计原理图 30

2.3.4  设计PCB板 33

第3章  计算机控制系统的总框架 38

3.1  信号、传感器与环 38

3.1.1  信号 38

3.1.2  PWM信号 40

3.1.3  传感器与变送器 42

3.1.4  开环和闭环 45

3.2  开环结构的控制系统 46

3.3  闭环结构的控制系统 49

第4章  计算机控制系统的基本组成 54

4.1  计算机的数字特征与CCS的三大

模块 54

4.1.1  计算机的数字特征 54

4.1.2  CCS的三大块 54

4.2  输入块的基本要素 56

4.2.1  AD转换 56

4.2.2  调理电路 59

4.2.3  输入块的架构 62

4.3  处理与控制作业 63

4.4  执行块的要素 67

4.4.1  DA转换 67

4.4.2  保持器 70

4.4.3  执行与输出块小结 71

第5章  模拟信号与数字信号I/O

通道 73

5.1  通道与隔离 73

5.1.1  通道 73

5.1.2  隔离 75

5.2  通道的设计要点 77

5.2.1  入模出模通道I(a)?O(a) 77

5.2.2  入模出数通道I(a)?O(d) 80

5.2.3  入数出模通道I(d)?O(a) 82

5.2.4  入数出数通道I(d)?O(d) 88

第6章  计算机控制系统的驱动设计 90

6.1  驱动设计基础 90

6.1.1  驱动设计与选用的原则 90

6.1.2  常用于驱动电路的器件 91

6.2  CCS中一些简单驱动的设计 94

6.2.1  基于三极管的设计 94

6.2.2  基于MOS管的设计 99

6.2.3  基于运放的设计 102

6.2.4  基于驱动IC的设计 107

6.3  CCS中最常见的两类电动机驱动

简介 109

6.3.1  步进电动机驱动器 109

6.3.2  伺服电动机驱动器 112

第7章  计算机控制系统的人机接口 117

7.1  键盘接口 117

7.1.1  独立连接式键盘 117

7.1.2  矩阵连接式键盘 118

7.1.3  二进制编码键盘 119

7.1.4  智能式键盘 119

7.2  显示与打印接口 120

7.2.1  图形显示方式 120

7.2.2  其他数字形显示方式 122

7.2.3  打印机等接口 122

7.3  其他人机接口 123

7.3.1  鼠标 123

7.3.2  触摸屏 123

第8章  机电控制系统中的电动机 126

8.1  电动机分类概述 126

8.2  步进电动机 127

8.2.1  结构与分类 128

8.2.2  工作原理与基本指标 129

8.2.3  步进电动机的控制特征 132

8.2.4  单片机控制步进电动机 134

8.3  伺服电动机 135

8.3.1  伺服电动机的分类及特点 136

8.3.2  伺服电动机的工作原理 140

8.3.3  伺服电动机的控制特征 143

8.3.4  单片机控制直流伺服

电动机 144

第9章  传递函数基础知识 146

9.1  时域分析与频域分析 146

9.2  控制系统时域模式的数学模型 148

9.3  传递函数及其意义 150

9.3.1  Laplace变换 150

9.3.2  传递函数的概念 152

9.3.3  传递函数的求法 154

9.4  控制系统典型环节的传递函数 157

9.4.1  比例环节 158

9.4.2  惯性环节 158

9.4.3  微分环节 159

9.4.4  积分环节 160

9.4.5  振荡环节 161

9.4.6  延迟环节 162

9.5  利用传递函数分析系统 163

9.5.1  系统的结构图 163

9.5.2  基于结构图的系统分析 165

第10章  PID控制简介 168

10.1  自动控制性能指标的相关概念 168

10.2  PID控制原理 169

10.2.1  PID控制的思路 169

10.2.2  PID控制的微分方程与

传递函数 170

10.2.3  PID控制各校正环节的

作用 171

10.2.4  PI、PD、PID组合控制 171

10.3  数字PID控制 172

10.3.1  数字PID的差分方程 172

10.3.2  常用的控制方式 173

10.3.3  PID算法的两种类型 173

10.4  其他PID控制技术 174

10.4.1  标准PID算法的改进 174

10.4.2  数字PID参数的选择 175

10.4.3  数字PID控制的工程实现 176

10.4.4  自行开发PID控制 176

第11章  一个机电控制系统案例 177

11.1  机械系统的设计 177

11.2  机器人的控制系统设计概要 179

11.2.1  单片机最小系统 179

11.2.2  电动机的选择 180

11.2.3  电动机驱动模块 181

11.2.4  红外遥控模块的电路设计 182

11.2.5  总体的流程框图 184

参考文献 185

　　

　　

　　

　　

　　

　　

　　

　　

　　

　　

　　

　　
内容简介:
《机电专业计算机控制技术》主要根据机电控制的特征，结合机电专的学生在电子、控制与计算机程序设计方面的基础，从工程应用的层面，按照“宏观做架构、微观做设计”的原则，介绍了计算机控制技术的系统组成、设计原理、开发过程和理论升华的基本知识。
全书基于对计算机控制技术的认识、了解、掌握、应用、深化五个层次，以机电控制的问题为引导、解决问题为驱动，阐述了机电专业计算机控制技术的目的和任务、机电控制的核心、计算机控制系统的组成、计算机控制系统设计要素与要点、典型的计算机控制方法及计算机控制理论的初步知识。书中以系统设计为目标，以解决机电控制的运动控制问题为终点，采用系统设计与开发相结合的手段，涵盖了电子设计软件应用等知识。
在材料组织上，《机电专业计算机控制技术》注重系统设计思想与架构，而忽略详细设计说明方面的内容，适合机电专业学生作为计算机控制技术的教材使用，也适合工程技术人员参考阅读。
作者简介:
王兴波，佛山科学技术学院教授，研究生指导教师。1994年毕业于国防科技大学计算数学专业获理学硕士学位、2001年获国防科技大学机械电子工程专业工学博士学位；2008年11月晋升为教授。主要从事机械电子工程、智能制造信息安全相关的研究开发。历史上参加、主持含国家自然科学基金、省自然科学基金在内的科研项目40多项，获得省部级科技进步三等奖以上奖励4次；发表学术论文90多篇，出版专著、教材8种；获得国家专利40多件。
目录:

第1章  绪论 1

1.1  计算机控制的目的和任务 1

1.2  机电专业计算机控制的核心任务 2

1.2.1  计算机控制系统 2

1.2.2  机电专业计算机控制技术的

特点 4

1.3  本书内容及其学习要点 6

1.3.1  学习本书应具备的前期基础 6

1.3.2  本书的主要内容 7

第2章  控制系统设计软件

Altium Designer 9

2.1  设计开发控制系统的步骤与过程 9

2.2  使用Altium Designer的若干基础

知识 12

2.3  Altium Designer设计示例 25

2.3.1  Altium Designer的主界面 25

2.3.2  创建一个新项目 26

2.3.3  设计原理图 30

2.3.4  设计PCB板 33

第3章  计算机控制系统的总框架 38

3.1  信号、传感器与环 38

3.1.1  信号 38

3.1.2  PWM信号 40

3.1.3  传感器与变送器 42

3.1.4  开环和闭环 45

3.2  开环结构的控制系统 46

3.3  闭环结构的控制系统 49

第4章  计算机控制系统的基本组成 54

4.1  计算机的数字特征与CCS的三大

模块 54

4.1.1  计算机的数字特征 54

4.1.2  CCS的三大块 54

4.2  输入块的基本要素 56

4.2.1  AD转换 56

4.2.2  调理电路 59

4.2.3  输入块的架构 62

4.3  处理与控制作业 63

4.4  执行块的要素 67

4.4.1  DA转换 67

4.4.2  保持器 70

4.4.3  执行与输出块小结 71

第5章  模拟信号与数字信号I/O

通道 73

5.1  通道与隔离 73

5.1.1  通道 73

5.1.2  隔离 75

5.2  通道的设计要点 77

5.2.1  入模出模通道I(a)?O(a) 77

5.2.2  入模出数通道I(a)?O(d) 80

5.2.3  入数出模通道I(d)?O(a) 82

5.2.4  入数出数通道I(d)?O(d) 88

第6章  计算机控制系统的驱动设计 90

6.1  驱动设计基础 90

6.1.1  驱动设计与选用的原则 90

6.1.2  常用于驱动电路的器件 91

6.2  CCS中一些简单驱动的设计 94

6.2.1  基于三极管的设计 94

6.2.2  基于MOS管的设计 99

6.2.3  基于运放的设计 102

6.2.4  基于驱动IC的设计 107

6.3  CCS中最常见的两类电动机驱动

简介 109

6.3.1  步进电动机驱动器 109

6.3.2  伺服电动机驱动器 112

第7章  计算机控制系统的人机接口 117

7.1  键盘接口 117

7.1.1  独立连接式键盘 117

7.1.2  矩阵连接式键盘 118

7.1.3  二进制编码键盘 119

7.1.4  智能式键盘 119

7.2  显示与打印接口 120

7.2.1  图形显示方式 120

7.2.2  其他数字形显示方式 122

7.2.3  打印机等接口 122

7.3  其他人机接口 123

7.3.1  鼠标 123

7.3.2  触摸屏 123

第8章  机电控制系统中的电动机 126

8.1  电动机分类概述 126

8.2  步进电动机 127

8.2.1  结构与分类 128

8.2.2  工作原理与基本指标 129

8.2.3  步进电动机的控制特征 132

8.2.4  单片机控制步进电动机 134

8.3  伺服电动机 135

8.3.1  伺服电动机的分类及特点 136

8.3.2  伺服电动机的工作原理 140

8.3.3  伺服电动机的控制特征 143

8.3.4  单片机控制直流伺服

电动机 144

第9章  传递函数基础知识 146

9.1  时域分析与频域分析 146

9.2  控制系统时域模式的数学模型 148

9.3  传递函数及其意义 150

9.3.1  Laplace变换 150

9.3.2  传递函数的概念 152

9.3.3  传递函数的求法 154

9.4  控制系统典型环节的传递函数 157

9.4.1  比例环节 158

9.4.2  惯性环节 158

9.4.3  微分环节 159

9.4.4  积分环节 160

9.4.5  振荡环节 161

9.4.6  延迟环节 162

9.5  利用传递函数分析系统 163

9.5.1  系统的结构图 163

9.5.2  基于结构图的系统分析 165

第10章  PID控制简介 168

10.1  自动控制性能指标的相关概念 168

10.2  PID控制原理 169

10.2.1  PID控制的思路 169

10.2.2  PID控制的微分方程与

传递函数 170

10.2.3  PID控制各校正环节的

作用 171

10.2.4  PI、PD、PID组合控制 171

10.3  数字PID控制 172

10.3.1  数字PID的差分方程 172

10.3.2  常用的控制方式 173

10.3.3  PID算法的两种类型 173

10.4  其他PID控制技术 174

10.4.1  标准PID算法的改进 174

10.4.2  数字PID参数的选择 175

10.4.3  数字PID控制的工程实现 176

10.4.4  自行开发PID控制 176

第11章  一个机电控制系统案例 177

11.1  机械系统的设计 177

11.2  机器人的控制系统设计概要 179

11.2.1  单片机最小系统 179

11.2.2  电动机的选择 180

11.2.3  电动机驱动模块 181

11.2.4  红外遥控模块的电路设计 182

11.2.5  总体的流程框图 184

参考文献 185

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