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目录 1

第1章 绪论 1

1.1 计算机控制系统概述 1

1.1.1 计算机控制系统及其组成 1

1.1.2 计算机控制系统的典型形式 3

1.2 工业控制机的组成结构及特点 5

1.2.1 工业控制机的组成 5

1.2.2 工业控制机的总线结构 7

1.3 计算机控制系统的发展概况及趋势 13

1.2.3 工业控制机的特点 13

1.3.1 计算机控制系统的发展概况 14

1.3.2 计算机控制系统的发展趋势 16

习题 17

第2章 输入输出接口与过程通道 18

2.1 数字量输入输出通道 18

2.1.1 数字量输入输出接口技术 18

2.1.2 数字量输入通道 20

2.1.3 数字量输出通道 21

2.2 A/D转换器及其接口技术 23

2.2.1 A/D转换器 23

2.2.2 A/D转换器接口技术 27

2.3 模拟量输入通道 30

2.3.1 模拟量输入通道的组成 31

2.3.2 I/V变换 31

2.3.3 多路转换器 32

2.3.4 采样、量化及常用的采样保持器 33

2.3.5 模拟量输入通道设计 35

2.4 D/A转换器及其接口技术 38

2.4.1 D/A转换器 38

2.4.2 D/A转换器接口技术 40

2.5.1 模拟量输出通道的结构型式 43

2.5 模拟量输出通道 43

2.5.2 单极性与双极性电压输出电路 44

2.5.3 V/I变换和自动／手动切换 44

2.5.4 模拟量输出通道设计 48

2.6 硬件抗干扰技术 49

2.6.1 过程通道抗干扰技术 50

2.6.2 CPU抗干扰技术 56

2.6.3 系统供电与接地技术 58

习题 62

3.1 数字程序控制基础 64

3.1.1 数字程序控制原理 64

第3章 数字程序控制技术 64

3.1.2 数字程序控制方式 65

3.1.3 开环数字程序控制 66

3.2 逐点比较法插补原理 67

3.2.1 逐点比较法直线插补 67

3.2.2 逐点比较法圆弧插补 71

3.3 步进电机控制技术 75

3.3.1 步进电机的工作原理 75

3.3.2 步进电机的工作方式 77

3.3.3 步进电机控制接口及输出字表 77

3.3.4 步进电机控制程序 78

习题 80

第4章 常规及复杂控制技术 81

4.1 数字控制器的连续化设计技术 81

4.1.1 数字控制器的连续化设计步骤 81

4.1.2 数字PID控制器的设计 84

4.1.3 数字PID控制器的改进 86

4.1.4 数字PID控制器的参数整定 91

4.2 数字控制器的离散化设计技术 95

4.2.1 数字控制器的离散化设计步骤 95

4.2.2 最少拍控制器的设计 96

4.2.3 最少拍有纹波控制器的设计 100

4.2.4 最少拍无纹波控制器的设计 103

4.3 纯滞后控制技术 106

4.3.1 施密斯（Smith）预估控制 106

4.3.2 达林（Dahlin）算法 108

4.4 串级控制技术 112

4.4.1 串级控制的结构和原理 112

4.4.2 数字串级控制算法 113

4.4.3 副回路微分先行串级控制算法 114

4.5.1 前馈控制的结构和原理 116

4.5.2 前馈-反馈控制结构 116

4.5 前馈-反馈控制技术 116

4.5.3 数字前馈-反馈控制算法 118

4.6 解耦控制技术 120

4.6.1 解耦控制原理 121

4.6.2 数字解耦控制算法 122

4.7 模糊控制技术 124

4.7.1 模糊控制的数学基础 124

4.7.2 模糊控制原理 129

4.7.3 模糊控制器设计 133

习题 139

5.1.1 连续状态方程的离散化 141

5.1 采用状态空间的输出反馈设计法 141

第5章 现代控制技术 141

5.1.2 最少拍无纹波系统的跟踪条件 142

5.1.3 输出反馈设计法的设计步骤 142

5.2 采用状态空间的极点配置设计法 145

5.2.1 按极点配置设计控制规律 146

5.2.2 按极点配置设计状态观测器 148

5.2.3 按极点配置设计控制器 152

5.2.4 跟踪系统的设计 155

5.3 采用状态空间的最优化设计法 158

5.3.1 LQ最优控制器设计 158

5.3.2 状态最优估计器设计 161

5.3.3 LQG最优控制器设计 166

5.3.4 跟踪系统的设计 167

习题 168

第6章 应用程序设计与实现技术 169

6.1 程序设计技术 169

6.1.1 模块化与结构化程序设计 169

6.1.2 高级语言与汇编语言混合编程 171

6.1.3 工业控制组态软件 174

6.2 数据结构及其应用技术 176

6.2.1 基本术语 176

6.2.2 数据结构类型 177

6.2.3 数据查找技术 181

6.2.4数据排序技术 182

6.3测量数据预处理技术 185

6.3.1 系统误差的自动校准 185

6.3.2线性化处理和非线性补偿 187

6.3.3标度变换方法 188

6.3.4越限报警处理 189

6.4数字控制器的工程实现 190

6.4.1给定值和被控量处理 190

6.4.2偏差处理 192

6.4.4控制量处理 193

6.4.3控制算法的实现 193

6.4.5 自动手动切换 194

6.5 系统的有限字长数值问题 195

6.5.1量化误差来源 195

6.5.2 A/D,D/A及运算字长的选择 198

6.6 软件抗干扰技术 200

6.6.1 数字滤波技术 201

6.6.2 开关量的软件抗干扰技术 203

6.6.3 指令冗余技术 203

习题 204

6.6.4 软件陷阱技术 204

第7章 分散型测控网络技术 205

7.1 数据通信技术 205

7.1.1 异步传送与同步传送 206

7.1.2 面向字符和面向位的传送 207

7.1.3 平衡与不平衡传输技术 210

7.1.4 RS-422/RS-485接口及应用 212

7.2 工业网络技术 214

7.2.1 工业网络概述 214

7.2.2 网络协议及其层次结构 221

7.2.3 IEEE 802标准 223

7.2.4 工业网络的性能评价和选型 224

7.3 分散型控制系统（DCS） 225

7.3.1 DCS概述 225

7.3.2 DCS的分散过程控制级 229

7.3.3 DCS的集中操作监控级 232

7.3.4 DCS的综合信息管理级 234

7.4 位总线（Bitbus）通信网络技术 237

7.4.1 8044 BEM硬件结构简介 237

7.4.2 Bitbus通信规程 238

7.4.3 Bitbus通信网络的应用 241

7.5.1现场总线概述 242

7.5现场总线（Fieldbus）技术 242

7.5.2五种典型的现场总线 247

7.5.3 FF现场总线技术 249

7.5.4现场总线控制系统性能分析 252

习题 253

第8章计算机控制系统设计与实现 254

8.1 系统设计的原则与步骤 254

8.1.1 系统设计的原则 254

8.1.2系统设计的步骤 256

8.2.1系统总体方案设计 258

8.2系统的工程设计与实现 258

8.2.2硬件的工程设计与实现 260

8.2.3软件的工程设计与实现 262

8.2.4系统的调试与运行 264

8.3 计算机控制系统设计举例（啤酒发酵过程计算机控制系统） 267

8.3.1 啤酒发酵工艺及控制要求 267

8.3.2 系统总体方案的设计 268

8.3.3 系统硬件和软件的设计 270

8.3.4 系统的安装调试运行及控制效果 273

参考文献 274