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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特点 1

1.1.2 计算机控制系统组成 3

1.2 计算机控制系统应用类型 4

1.2.1 计算机监测与操作指导系统 4

1.2.2 顺序控制系统 5

1.2.3 直接数字控制系统 5

1.2.4 监督控制系统 6

1.2.5 集散控制系统 6

1.3 计算机控制系统发展与应用 7

1.3.1 计算机控制系统发展历史 7

1.3.2 计算机控制系统应用趋势 8

1.4 计算机控制系统设计与实现问题 9

1.4.1 计算机控制系统设计步骤 9

1.4.2 计算机控制系统实现注意问题 10

第2章 计算机控制系统信号基础 12

2.1 计算机控制系统信号类型 12

2.1.1 信号类型 12

2.1.2 计算机控制系统结构 13

2.2 模数转换理论基础 14

2.2.1 采样过程 14

2.2.2 采样信号的数学描述与采样定理 15

2.2.3 采样信号的量化与编码 18

2.3 数模转换理论基础 19

2.3.1 模拟信号理想恢复过程 19

2.3.2 非理想恢复过程 20

2.3.3 零阶保持器 20

2.3.4 一阶保持器 22

习题与思考题 23

第3章 计算机控制系统数学描述 24

3.1 时域描述——差分方程 24

3.1.1 什么是差分 24

3.1.2 差分方程 24

3.1.3 差分方程的求解 25

3.2 z域描述——脉冲传递函数 26

3.2.1 z变换定义及表达式 27

3.2.2 z反变换 28

3.2.3 脉冲传递函数 31

3.3 计算机控制系统稳定性分析 33

3.3.1 s平面与z平面的映射关系 34

3.3.2 计算机控制系统的稳定性 35

3.3.3 稳态误差 38

习题与思考题 38

第4章 数字控制器模拟化设计方法 40

4.1 模拟化设计的基本理论 40

4.1.1 模拟化设计基本原理 40

4.1.2 离散控制器模拟化的数学描述 40

4.1.3 数字控制器模拟化设计步骤 42

4.2 连续域控制器离散化方法 42

4.2.1 z变换法 42

4.2.2 前向差分法 43

4.2.3 双线性变换法 45

4.2.4 阶跃响应不变法 47

4.3 数字PID控制器设计 48

4.3.1 PID控制规律及其作用 48

4.3.2 模拟PID控制器离散化 50

4.3.3 数字PID控制算法改进 52

4.3.4 PID调节参数整定 56

4.3.5 采样周期的选择 59

习题与思考题 60

第5章 数字控制器离散直接设计方法 61

5.1 脉冲传递函数解析设计原理 61

5.1.1 数字控制器D（z）的一般形式 61

5.1.2 D（z）在物理上的可实现性 62

5.1.3 闭环稳定性要求 63

5.1.4 离散直接设计一般步骤 63

5.2 最少拍控制系统设计 64

5.2.1 最少拍无差系统 64

5.2.2 最少拍无差系统闭环脉冲传递函数确定 65

5.2.3 最少拍控制器D（z）的确定 65

5.2.4 最少拍控制系统数字控制器的设计 66

5.3 纯滞后对象的控制算法——史密斯预估器 68

5.3.1 纯滞后对系统控制品质的影响 68

5.3.2 史密斯补偿控制原理 69

5.3.3 史密斯补偿器的计算机实现 70

5.4 纯滞后对象的控制算法——大林算法 72

5.4.1 大林算法基本原理 72

5.4.2 大林算法数字控制器的基本形式 73

5.4.3 振铃现象及消除方法 74

5.4.4 大林算法的设计步骤 76

5.5 数字控制器的程序实现 77

5.5.1 直接程序设计法 77

5.5.2 串行程序设计法 78

5.5.3 并行程序设计法 79

习题与思考题 80

第6章 控制技术中计算机主机简介 81

6.1 工业控制计算机 81

6.1.1 工控机的特点 81

6.1.2 工控机的组成 83

6.2 可编程控制器（PLC） 84

6.2.1 可编程控制器的特点 84

6.2.2 可编程控制器的组成 84

6.2.3 可编程控制器的工作原理 85

6.3 单片机 86

6.3.1 单片机的特点 86

6.3.2 单片机的组成 87

6.3.3 单片机的组成 89

6.4 数字信号处理器（DSP） 91

6.4.1 DSP的特点 91

6.4.2 DSP的基本结构 91

6.4.3 TMS320LF2407简介 92

6.5 ARM处理器 94

6.5.1 ARM处理器简介 94

6.5.2 ARM处理器体系结构 94

6.5.3 ARM7处理器简介 95

习题与思考题 97

第7章 控制系统接口技术——输入输出通道 98

7.1 模拟量输入接口技术 98

7.1.1 模拟量输入通道结构 98

7.1.2 信号调理 98

7.1.3 多路开关 99

7.1.4 前置放大器 99

7.1.5 采样保持器 100

7.1.6 A/D转换器 100

7.2 模拟量输出接口技术 103

7.2.1 模拟量输出通道结构 104

7.2.2 D/A转换器及其接口 104

7.3 开关量输入接口技术 107

7.3.1 开关量输入通道一般结构 107

7.3.2 开关量输入信号的调理 108

7.4 开关量输出接口技术 109

7.4.1 开关量输出通道一般结构 109

7.4.2 开关量输出驱动电路 109

7.5 人-机接口 110

7.5.1 键盘接口技术 110

7.5.2 显示器接口技术 111

7.6 执行器 114

7.6.1 继电器 114

7.6.2 固态继电器 115

7.6.3 电动机执行器 116

习题与思考题 118

第8章 计算机控制系统程序设计 120

8.1 应用软件设计 120

8.1.1 计算机控制系统的应用软件 120

8.1.2 应用软件设计方法 121

8.1.3 控制软件的设计 123

8.2 计算机控制系统的数据处理方法 124

8.2.1 数据线性化处理和非线性补偿 124

8.2.2 标度变换 127

8.2.3 查表法 128

8.3 数字滤波 130

习题与思考题 133

第9章 计算机控制系统抗干扰技术 134

9.1 干扰的来源 134

9.1.1 干扰的来源 134

9.1.2 干扰的作用形式 135

9.1.3 干扰的传播途径 136

9.1.4 系统抗干扰措施 137

9.2 空间电磁抗干扰措施 137

9.2.1 屏蔽技术 137

9.2.2 电气线路屏蔽 138

9.3 传导抗干扰措施 139

9.3.1 差模干扰抑制 140

9.3.2 共模干扰抑制 140

9.4 系统供电与接地的抗干扰措施 142

9.4.1 系统供电的抗干扰措施 143

9.4.2 系统接地的抗干扰措施 145

9.4.3 PCB板抗干扰措施 147

9.5 软件抗干扰与冗余技术 148

9.5.1 程序的抗干扰技术 149

9.5.2 开关量（数字量）信号输入输出的软件抗干扰技术 150

9.6 提高计算机控制系统可靠性方法 150

9.6.1 硬件可靠性设计 150

9.6.2 软件可靠性设计 151

第10章 计算机控制系统的整体设计与实施 153

10.1 计算机控制系统设计原则 153

10.1.1 计算机控制系统设计原则 153

10.1.2 计算机控制系统设计步骤 155

10.2 计算机控制系统工程设计与实施 158

10.2.1 需求调查 159

10.2.2 可行性分析 159

10.2.3 总体方案设计 159

10.2.4 硬件的工程实现 160

10.2.5 软件的工程实现 162

10.2.6 系统调试与现场运行 164

第11章 太阳能电子秤单片机控制系统设计 166

11.1 电子秤及其控制要求 166

11.1.1 概述 166

11.1.2 控制要求 166

11.2 系统总体方案设计 167

11.2.1 系统组成及工作原理 167

11.2.2 称重模块的数据处理 168

11.3 系统硬件和软件设计 168

11.3.1 硬件电路设计 168

11.3.2 软件设计 170

11.4 系统抗干扰设计 171

第12章 数控加工中心操作面板的设计与PLC实现 172

12.1 加工中心操作面板及其控制要求 172

12.1.1 概述 172

12.1.2 操作面板特性 172

12.2 系统总体方案设计和组成 173

12.3 系统硬件和软件设计 174

12.3.1 硬件电路设计 174

12.3.2 软件设计 177

参考文献 183