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第1章 计算机控制系统概述 1

1.1计算机控制的概念 2

1.2计算机控制系统的组成 4

1.2.1计算机控制系统硬件 4

1.2.2计算机控制系统软件 6

1.2.3计算机控制系统的网络结构 6

1.3计算机在工业控制中的典型应用 7

1.3.1数据采集和监视系统 7

1.3.2直接数字控制系统 8

1.3.3监督控制系统 8

1.3.4分布式控制系统 10

1.4典型工业受控对象 10

1.5国内外主要计算机控制设备介绍 10

第2章 基本输入输出接口技术 12

2.1通用输入输出接口 12

2.1.1基本可编程并行接口 12

2.1.2 Intel 8251 A通用可编程串行接口 14

2.2基本人机交互设备与计算机的接口 15

2.2.1键盘和显示器的基本结构和工作原理 15

2.2.2键盘、静态显示器和单片机串行接口 17

2.2.3键盘、动态显示器和单片机串行接口 19

2.2.4键盘、显示器和单片机并行接口 22

2.2.5微型计算机与CRT显示器接口 26

2.3打印机、MODEM与微型计算机的接口 30

2.3.1打印机串行接口 30

2.3.2打印机并行接口 31

2.3.3微型计算机与MODEM接口 33

习题 35

第3章 过程通道和数据采集系统 36

3.1概述 36

3.1.1过程通道的组成和功用 36

3.1.2信号转换中的采样、量化和编码 37

3.2模拟量输入通道 39

3.2.1模拟量输入通道的一般组成 40

3.2.2多路转换器 40

3.2.3可编程序放大器 42

3.2.4采样与保持器 44

3.3 D/A与A/D转换技术 45

3.3.1 D/A转换原理 45

3.3.2 A/D转换原理 47

3.3.3 A/D与D/A转换器的主要技术指标 49

3.4单片A/D转换器及其与微处理器的接口 52

3.4.1 8位A/D转换器及其接口 52

3.4.2 12位A/D转换器及其接口 55

3.5数据采集系统 56

3.5.1数据采集系统的结构方案 56

3.5.2数据采集系统实例 57

3.6模拟量输出通道 61

3.6.1多路模拟量输出通道的结构形式 61

3.6.2 8位D/A转换器及其接口 62

3.6.3 12位D/A转换器及其接口 64

3.6.4双极性模拟量输出的实现 65

3.7过程通道的抗干扰措施 67

3.7.1干扰的来源和干扰的分类 67

3.7.2常态干扰的抑制 70

3.7.3共模干扰的抑制 70

3.7.4其它抗干扰措施 72

3.8小结 80

习题与思考题 80

第4章 程序控制和数值控制 81

4.1顺序控制器 81

4.1.1专用计算机顺序控制器 82

4.1.2可编程控制器 90

4.2开环数值控制 107

4.2.1数值控制的基本原理 107

4.2.2逐点比较法插补原理 109

4.3步进电机的控制 125

4.3.1步进电机的工作方式 125

4.3.2步进电机的脉冲分配程序 126

4.3.3步进电机的速度控制程序 129

4.4小结 131

习题与思考题 132

第5章 数字PID控制算法 133

5.1准连续PID控制算法 133

5.1.1模拟PID调节器 133

5.1.2数字PID控制算法 136

5.2对标准PID算法的改进 138

5.2.1“饱和”作用的抑制 138

5.2.2干扰的抑制 142

5.2.3其它修改算法 143

5.3 PID调节器参数选择 146

5.3.1凑试法确定PID调节参数 146

5.3.2实验经验法确定PID调节参数 147

5.3.3采样周期的选择 149

5.4应用实例 151

5.4.1控制系统简介 151

5.4.2控制系统设计 153

5.4.3专家自整定PID 154

5.5小结 155

习题与思考题 155

第6章 数字控制器的直接设计方法 157

6.1参数优化的低阶控制算法 158

6.2最少拍随动系统的设计 160

6.2.1最少拍系统的设计 160

6.2.2最少拍系统的局限性 169

6.3最少拍无纹波随动系统的设计 172

6.4惯性因子法 173

6.5非最少的有限拍控制 177

6.6达林算法 178

6.7小结 183

习题与思考题 183

第7章 模型预测控制算法 185

7.1概述 185

7.2动态矩阵控制 187

7.2.1动态矩阵控制的原理和算法 187

7.2.2设计参数的选择 193

7.3动态矩阵控制算法的进一步讨论 199

7.3.1时滞对象的动态矩阵控制 199

7.3.2带有前馈的动态矩阵控制 201

7.3.3动态矩阵—PID串级控制 203

7.3.4有约束时的动态矩阵控制算法 206

7.3.5多变量系统的动态矩阵控制 210

7.4模型算法控制 212

7.4.1模型算法控制的基本原理 212

7.4.2模型算法控制的一步和多步算法 217

7.5应用实例 222

7.6小结 224

习题与思考题 225

第8章 微型计算机控制系统设计 227

8.1微型计算机控制系统设计的基本要求和特点 227

8.1.1系统设计的基本要求 227

8.1.2系统设计的特点 229

8.2微型计算机控制系统设计的一般步骤 230

8.2.1确定控制任务 230

8.2.2选择微处理器和外围设备 230

8.2.3建模和控制算法确定 231

8.2.4系统总体方案设计 231

8.2.5硬件和软件的具体设计 232

8.3微型计算机控制系统设计 233

8.3.1系统的选择和配置 234

8.3.2总线负载的考虑 234

8.3.3专用微型计算机系统设计 238

8.4工业控制系统设计实例 240

8.4.1温度仪表控制系统 240

8.4.2锅炉计算机控制系统设计 251

8.4.3啤酒发酵控制系统设计 253

8.4.4 ControlLogix在转炉控制中的应用 257

8.5小结 261

习题与思考题 261

第9章 分布式计算机控制系统 262

9.1概述 262

9.1.1分布式控制系统概念 262

9.1.2各类控制系统的特点与比较 263

9.1.3分布式计算机控制的发展 265

9.1.4分布式控制系统的组成及体系结构 266

9.1.5罗克韦尔分布式计算机系统结构及规范 269

9.2分布式控制的技术发展 273

9.2.1分布式控制系统的硬件和软件的发展 273

9.2.2分布式计算机控制系统网络体系的发展 275

9.2.3现场总线技术和智能化仪表的发展 277

9.3分布式计算机控制系统的基本控制器 280

9.4分布式计算机控制系统和先进控制 283

9.4.1控制系统的功能层次结构 283

9.4.2先进控制 286

9.4.3先进控制技术的应用 295

9.5分布式计算机控制系统的应用 297

9.5.1分布式控制系统在水和水处理方面的应用 297

9.5.2分布控制系统在轨道交通自动化方面的应用 300

9.6小结 302

习题与思考题 302

第10章 现场总线技术及其应用 303

10.1现场总线概述 303

10.1.1现场总线简介 303

10.1.2现场总线的种类 306

10.1.3现场总线的未来 307

10.1.4现场总线在国内的应用 308

10.2现场总线的原理和发展概况 308

10.2.1现场总线的实质 308

10.2.2现场总线的结构 310

10.2.3现场总线的发展概况 312

10.2.4现场总线的特点与优点 314

10.3几种典型的现场总线 316

10.3.1控制层现场总线ControlNet 316

10.3.2设备层现场总线DeviceNet 319

10.3.3 Profibus协议 326

10.3.4 FF总线 330

10.3.5 LonWorks控制网络和Lon总线 331

10.3.6 CAN总线 332

10.3.7 Modbus协议 334

10.4典型控制网络体系结构 335

10.5小结 336

思考题 336

第11章 计算机控制系统软件 337

11.1概述 337

11.1.1对象的概念 338

11.1.2工业软件中涉及的软件概念 340

11.1.3应用程序体系结构 343

11.2当今工业应用软件介绍 346

11.2.1概述 346

11.2.2罗克韦尔工业应用软件体系结构介绍 346

11.3软件设计 350

11.3.1工业控制软件设计特点 350

11.3.2软件工程方法概述 351

11.4控制软件系统在水处理中的应用 355

11.5小结 359

附录 采样系统的Z变换 360

参考文献 367