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第一篇 自动化仪表及装置的发展3

第一章 概论3

1.1 自动化仪表及装置在国民经济中的地位与作用3

1.1.1 自动化仪器仪表是科学进展的前题和生产活动的依据3

1.1.2 自动化仪器仪表工业是信息工业的源头3

1.1.3 我国的自动化仪表及装置4

1.2 基本概念和性能指标4

1.2.1 工业过程测量与控制4

1.2.2 系统元件（elementsofsystem）5

1.2.3 自动化仪表及装置的性能指标5

1.2.4 过程控制系统的性能指标8

1.3 计量与标准化技术10

1.3.1 计量及其基本任务10

1.3.2 标准化技术10

1.4 系统结构与信号体制14

1.4.1 控制系统的结构14

1.4.2 信号体制与传输方式16

1.5 安全性与可靠性21

1.5.1 安全性21

1.5.2 可靠性23

1.6 自动化仪表及装置的发展27

1.6.1 从分散的就地控制向集中控制发展27

1.6.2 从集中控制向分散控制发展27

1.6.3 从分散控制DCS向现场控制FCS发展28

1.6.4 从集团协议向国际标准发展28

1.6.5 自动化仪表及装置向智能化发展，控制系统结构向网络化发展29

1.7 自动化仪表及装置设计中的几个问题30

1.7.1 仪表及装置设计的精度准则30

1.7.2 系列化设计34

1.7.3 可靠性设计36

1.7.4 人-机界面问题39

第二章 单元组合式仪表42

2.1 DDZ系列电动单元组合仪表42

2.1.1 电动单元组合仪表的系统结构42

2.1.2 DDZ系列仪表的主要单元46

2.1.3 DDZ系列仪表构成的控制系统53

2.2 DDZ-S系列仪表55

2.2.1 DDZ-S系列经济（J）型过程控制仪表基本特点和总体设计思想及原则55

2.2.2 DDZ-S仪表系统的构成57

第三章 分散型控制系统DCS62

3.1 概述62

3.1.1 计算机控制系统的发展62

3.1.2 分散控制系统的内涵、特点与功能63

3.1.3 分散控制系统发展历程及其基本结构66

3.1.4 分散型控制系统的层次化结构体系69

3.2 分散型控制系统的过程控制单元PCU75

3.2.1 PCU的主要模式与功能75

3.2.2 PCU的构成76

3.2.3 控制算法80

3.3 分散控制系统的人-机界面82

3.3.1 低级人-机接口82

3.3.2 高级人-机接口83

3.4 控制回路的组态85

3.4.1 概述85

3.4.2 组态原理85

3.4.3 控制回路的组态方法85

3.5 DCS通信网络体系86

3.5.1 概述86

3.5.2 OSI（opensysteminterconnection，开放系统互连）参考模型86

3.5.3 DCS网络产品比较90

第四章 微机控制仪表93

4.1 单回路数字调节器硬件的基本构成94

4.2 单回路数字调节器的程序和算法95

4.2.1 系统程序的组成95

4.2.2 用户程序的组成96

4.2.3 PID控制算法96

4.2.4 标准PID算法的改进置98

4.3 SLPC单回路调节器的系统软件100

4.3.1 过程管理程序的机能构成和数据类型100

4.3.2 仪表的寄存器结构和信息流程101

4.4 SLPC单回路调节器的应用软件106

4.4.1 用户程序结构106

4.4.2 控制运算原理106

4.4.3 标准功能模块107

4.5 SLPC单回路调节器的通信功能115

4.5.1 上位机对SLPC的设定与操作115

4.5.2 串级控制“C”方式的选择115

4.5.3 控制计算机备用方式的选择115

4.5.4 通信操作及其设定116

4.6 SLPC单回路调节器的自诊断和故障处理116

4.7 SLPC用户程序设计117

4.7.1 确定控制要求117

4.7.2 确定所承担的任务117

4.7.3 决定控制功能和内部调节单元117

4.7.4 确定控制对象的数学模型117

4.7.5 汇集功能框图和填写数据118

4.7.6 程序118

第五章 现场总线控制系统FCS120

5.1 现场总线（fieldbus）120

5.1.1 现场总线的内函120

5.1.2 现场总线的产生背景122

5.1.3 现场总线产生的历程123

5.1.4 现场总线的几种类型124

5.1.5 组成现场总线的基本仪表与设备126

5.1.6 现场总线给当今的自动化带来的变革127

5.2 FCS体系结构127

5.2.1 FF现场总线127

5.2.2 FCS体系结构131

5.3 智能变送器131

5.3.1 智能差压变送器132

5.3.2 智能温度变送器133

5.4 总线式智能传感器134

5.4.1 总线式智能传感器的构成134

5.4.2 接口标准和LonWorks技术135

5.4.3 智能标定136

第二篇 智能自动化仪表及装置139

第六章 智能自动化仪表及装置概论139

6.1 自动控制理论的发展及传统控制遇到的挑战139

6.1.1 自动控制理论的发展139

6.1.2 传统控制遇到的挑战141

6.2 智能控制的定义与特点141

6.2.1 智能控制的定义141

6.2.2 智能控制的特点143

6.3 智能控制的结构理论144

6.3.1 二元结构144

6.3.2 三元结构144

6.3.3 四元结构145

6.3.4 智能控制器的一般结构146

6.4 应用人工智能技术的自动化仪表结构148

6.4.1 自动化仪表检测环节的智能化148

6.4.2 软测量技术149

6.4.3 自动化仪表中功能模块的智能化149

6.5 智能控制系统的分类150

6.5.1 从系统构成的原理来分150

6.5.2 从智能控制的结构来分150

6.5.3 从系统实现的功能来分151

第七章 专家控制器154

7.1 专家系统的知识表示及获取154

7.1.1 知识表示154

7.1.2 知识获取155

7.2 专家系统的结构与建造156

7.2.1 专家系统的结构156

7.2.2 专家系统的建造157

7.3 专家控制器及系统结构158

7.3.1 专家控制器的结构及系统158

7.3.2 直接专家系统控制159

7.3.3 间接专家系统控制161

7.4 专家系统的设计与开发164

7.4.1 专家控制器设计原则164

7.4.2 专家系统的开发步骤165

7.4.3 专家系统开发工具167

7.5 专家控制器应用实例——专家智能温控仪168

7.5.1 温控仪系统结构168

7.5.2 专家智能控制算法（EIC算法）168

7.5.3 EIC控制规则集169

7.6 专家模糊控制系统170

7.6.1 专家模糊控制系统的基本结构170

7.6.2 知识库、推理机170

7.6.3 人机系统171

第八章 模糊控制器172

8.1 模糊控制器的组成与结构172

8.1.1 模糊控制系统172

8.1.2 模糊控制器的组成176

8.1.3 模糊控制器的结构177

8.2 模糊控制器的结构分析179

8.2.1 PID模糊控制器179

8.2.2 自校正模糊控制器181

8.2.3 自组织模糊控制器182

8.2.4 自学习模糊控制器182

8.2.5 专家模糊控制器183

8.3 模糊控制器的设计185

8.3.1 结构设计185

8.3.2 建立模糊控制规则186

8.3.3 模糊推理189

8.3.4 清晰化191

8.3.5 论域及比例因子的确定192

8.3.6 模糊控制器的编程步骤193

8.3.7 设计实例——双输入单输出模糊控制器的设计193

8.4 模糊集成控制器199

8.4.1 模糊神经网络控制199

8.5 模糊控制器应用实例——带修正因子的模糊温度控制系统201

8.5.1 系统结构201

8.5.2 控制算法202

8.5.3 控制性能实验比较204

第九章 神经网络控制器与仿人控制器207

9.1 神经网络系统辨识207

9.1.1 系统辨识原理207

9.1.2 非线性静态系统辨识208

9.1.3 非线性动态系统辨识209

9.2 神经控制器及系统结构210

9.2.1 神经学习控制210

9.2.2 神经直接控制211

9.2.3 神经自适应控制212

9.2.4 神经内模控制与预测控制213

9.3 遗传算法与神经网络控制214

9.3.1 GA控制参数215

9.3.2 编码和解码216

9.3.3 适值函数（fitnessfunction）216

9.3.4 基因操作216

9.4 神经网络集成控制217

9.4.1 基于神经网络的专家系统217

9.4.2 基于神经网络的自适应模糊控制系统218

9.4.3 基于神经网络的控制系统故障诊断218

9.5 仿人控制器的原理与结构219

9.5.1 仿人控制器原理与结构219

9.5.2 仿人控制算法221

9.5.3 仿人控制应用——仿人智能温控仪222

第十章 虚拟仪器技术225

10.1 虚拟仪器的概念225

10.1.1 测试系统的发展和虚拟仪器技术的出现225

10.1.2 虚拟仪器及其特点225

10.1.3 虚拟仪器系统构成226

10.1.4 虚拟仪器技术的硬件结构227

10.1.5 虚拟仪器技术的软件结构228

10.1.6 图形软件开发平台LabVIEW229

10.2 LabVIEW开发环境230

10.2.1 概述230

10.2.2 LabVIEW工具模板231

10.2.3 虚拟仪器程序编制233

10.3 LabVIEW应用系统236

10.3.1 LabVIEW数据采集系统236

10.3.2 LabVIEW仪器控制系统238

10.4 LabVIEW驱动程序241

10.4.1 仪器驱动程序设计模型242

10.4.2 VXI即插即用仪器驱动程序编制原理243

10.4.3 C++++Builder开发VPP驱动程序的优势及实例244

参考文献246