物联网工程是计算机、控制、通信等学科交叉的跨学科专业。本书主要从物联网中所需要的控制技术、计算机控制的基础知识、过程控制的理论技术和方法以及基于各种实际控制系统应用背景的工程分析与设计等方面，带领读者深入浅出地体会物联网控制技术的过程。本书语言简明，注重应用，理论与实际相结合，遵循“理论-扩展-应用”的过程，章节中对应地方都有公式、定理辅佐，有利于学习。
本书可作为高等院校物联网工程专业“物联网控制技术”课程的教材，也可作为计算机、电子信息、机械类专业本科生学习自动控制技术的参考书。
本书遵循教指委相关指导文件和高等院校学生学习规律编写而成。践行四新理念，融入思政元素，注重理论与实践相结合。
前 言
当前，物联网技术随着网络技术、无线通信、嵌入式、单片机、集成电路、传感器技术、计算机、自动化等技术的快速发展，已经成为新经济模式的引擎，特别是智能制造的迫切需求，物联网结合自动控制技术有可能带动多个传统行业进入一个崭新的世界，它所涉及的新技术领域非常广阔，如农业、工业、商业、建筑、汽车、环保、交通运输、自动化、机械设计、医学、安防、物流、海运、渔业等，成为国家经济发展的重大战略需求。
物联网不能只停留在监测监视上，在其广泛的应用过程中更需要及时地反馈、决策和控制；同时，作为一个完整的系统，应该具备检测、传输以及处理显示之后的控制部分。对于物联网工程专业的学生来说，其知识结构中应该具有控制技术方面的知识，基于这个目的，本书力求在有限的学时内凝练控制技术的精华，补足学生这方面的知识需求，完成会分析、能设计、有创新这三大任务。另外，为方便学生进一步求学深造，本书增加了运动控制、过程控制、计算机控制的内容，丰富了物联网控制技术，使其更加完整。同时，本书致力于培养学生以我国科学发展为己任的爱国意识，加深学生对人类命运共同体的理解，引导学生树立正确的科学价值观，培养良好的学习态度，增加自我完善、终身学习的意识。
第1章阐述了物联网中所需要的控制技术，从经典控制到现代控制，从计算机控制到网络控制，力求使控制技术融入物联网的各种应用中，让学生逐步学会利用控制技术分析和设计物联网的控制器，学会分析控制效果的方法和掌握校正技术。第2章重点讲述了计算机控制技术的基础知识，包括计算机控制系统的组成和特点、计算机控制中使用的技术方法，特别是系统校正设计方法，主要是以工控机为核心构成控制系统，分析其软硬件系统和控制器设计，如PID控制、纯滞后系统控制等。同时，结合工业局域网，介绍分散型控制系统和现场总线控制系统。第3章结合实际控制系统应用背景，介绍了基于电气控制的多种控制工程分析和设计方法。第4章以电机为背景介绍了其中的运动控制技术，这为大规模部署智能小车如AGV等应用提供了技术支持。第5章介绍了过程控制的理论技术和方法，从实际需求出发比较详细地介绍了过程控制系统的实现。第6章介绍了物联网控制应用中的一些最新技术，包括面向互联网和无线局域网络的智能家居、反应釜罐装系统、车联网、物流仓储控制系统等典型系统中的建模分析和设计，为学生学习物联网控制技术应用和设计提供指导和实践。同时，本书各章配有相应的例题和习题，可进一步加深学生对内容的理解。
本书由江南大学物联网工程学院的彭力教授编写，江南大学的谢林柏教授、闻继伟副教授、吴治海副教授、李稳高工、冯伟工程师，无锡太湖学院的姚湘副教授、彭岩讲师，以及许多研究生等参加了资料整理工作，在此向他们表示感谢。同时感谢物联网应用技术工程中心（江南大学）、江苏省物联网应用技术重点实验室的大力支持。
本书可作为高等院校物联网工程专业“物联网控制技术”课程的教材，也可作为计算机、电子信息、机械类专业本科生学习自动控制技术的参考书。
本书配有电子课件和MATLAB控制系统实验，选用本书作为授课教材的教师可登录机械工业出版社教育服务网（www.cmpedu.com）注册后下载。
编 者
高等院校教师
前言
第1章 物联网控制基础1
1.1 概述1
1.2 线性系统的时域分析法4
1.2.1 时域分析法介绍4
1.2.2 时域性能指标5
1.2.3 一阶系统的动态响应7
1.2.4 二阶系统的动态响应9
1.2.5 高阶系统的动态响应和简化分析12
1.2.6 自动控制系统的稳定性分析及代数判据13
1.2.7 控制系统的稳态误差分析17
1.3 线性系统频域分析法27
1.3.1 频域特性的基本概念27
1.3.2 频率特性的表示方法28
1.3.3 典型环节的频率特性30
1.3.4 控制系统的开环频率特性37
1.3.5 控制系统的稳定性分析38
1.3.6 频域分析法中的系统性能指标41
1.4 线性系统的校正法42
1.4.1 校正的基本概念42
1.4.2 串联校正典型环节特性45
1.4.3 频域法设计串联校正环节46
习题47
第2章 计算机控制系统48
2.1 计算机控制系统概述48
2.1.1 计算机控制系统组成48
2.1.2 计算机控制系统特点49
2.2 常规及复杂控制技术54
2.2.1 数字控制器的连续化设计步骤54
2.2.2 数字控制器的离散化设计技术58
2.2.3 PID控制62
2.2.4 纯滞后系统控制70
2.3 分散型测控网络技术74
2.3.1 分散型控制系统74
2.3.2 现场总线控制系统76
2.3.3 计算机集成制造系统79
2.4 计算机控制系统设计与实施81
2.4.1 计算机控制系统设计原则82
2.4.2 计算机控制系统设计步骤84
习题86
第3章 电气控制87
3.1 低压电器87
3.1.1 接触器87
3.1.2 继电器91
3.1.3 熔断器94
3.1.4 低压开关和低压断路器95
3.2 电气控制电路的基本原则和基本环节99
3.2.1 电气控制电路的绘制99
3.2.2 三相异步电动机的起动控制105
3.2.3 三相异步电动机的转动方向及转速控制109
3.2.4 三相异步电动机的制动控制112
3.2.5 其他典型控制环节114
3.3 可编程控制器116
3.3.1 可编程控制器的产生与发展116
3.3.2 可编程控制器的特点和分类117
3.3.3 S7-200系列PLC内部元器件119
3.3.4 S7-200系列PLC的编程语言122
3.4 现场总线控制124
3.4.1 概述124
3.4.2 现场总线控制系统的设计和组态126
3.4.3 现场总线控制系统的应用134
习题136
第4章 运动控制137
4.1 运动控制系统概述137
4.2 电机组成和控制原理138
4.2.1 直流电动机组成的系统及其控制原理138
4.2.2 晶闸管整流器-直流电动机系统138
4.2.3 PWM变换器-电动机系统141
4.2.4 不可逆PWM变换器-电动机系统142
4.2.5 可逆PWM变换器-电动机系统144
4.2.6 有静差的转速闭环直流调速145
4.2.7 无静差的转速闭环直流调速151
4.2.8 转速、电流双闭环直流调速系统的组成156
4.2.9 晶闸管-直流电动机系统的可逆电路160
4.2.10 晶闸管-电动机系统的回馈制动161
4.2.11 基于异步电机稳态模型的变压变频调速系统163
4.2.12 转速闭环转差频率控制的变压变频调速系统163
4.3 运动控制系统设计166
4.3.1 反馈控制闭环直流调速系统的稳态分析与设计166
4.3.2 反馈控制闭环直流调速系统的动态分析与设计168
习题171
第5章 过程控制172
5.1 过程控制的基本概念172
5.1.1 过程控制系统的概念和设计目标172
5.1.2 过程控制系统组成173
5.1.3 控制系统分类173
5.1.4 常用控制算法175
5.2 过程控制特性175
5.2.1 被控过程的分类175
5.2.2 过程建模方法176
5.2.3 描述过程特性的关键参数177
5.2.4 控制阀178
5.2.5 控制器的“正反作用”179
5.2.6 过程控制系统的性能指标180
5.3 过程控制方法182
5.3.1 串级控制182
5.3.2 比值控制186
5.3.3 均匀控制188
5.3.4 选择控制189
5.3.5 分程控制190
5.4 过程控制系统设计191
习题193
第6章 物联网控制系统案例分析194
6.1 智能家居系统194
6.1.1 智能家居系统的设计194
6.1.2 智能家居系统的功能199
6.2 智能制造-间歇反应过程控制方案设计201
6.2.1 被控对象工艺流程简介201
6.2.2 自动控制系统设计203
6.2.3 自控方案设计205
6.3 智慧交通-AGV控制调度系统216
6.3.1 概述216
6.3.2 系统总体方案与设计218
6.4 智慧物流分拣系统224
6.4.1 概述224
6.4.2 分拣系统的RFID设计225
6.4.3 电动机及变频器的选取和工作原理226
6.4.4 通信协议229
参考文献230
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