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第1章 计算机控制系统概述 1

1.1 计算机控制系统的组成 1

1.1.1 计算机控制系统的硬件 1

1.1.2 计算机控制系统的软件 2

1.2 计算机控制系统的分类 3

1.2.1 操作指导控制系统 3

1.2.2 直接数字控制系统（DDC） 4

1.2.3 计算机监督系统（SCC） 5

1.2.4 嵌入式系统 6

1.2.5 现场总线控制系统（FCS） 8

1.3 计算机控制系统的发展趋势 9

习题与思考题 11

第2章 计算机控制系统的接口技术 13

2.1 存储器及I/O接口的编址方式 13

2.1.1 编址方法 13

2.1.2 程序存储器的扩展 19

2.1.3 数据存储器的扩展 19

2.2 可编程并行接口8255A 19

2.2.1 8255A的结构 19

2.2.2 8255A的操作方式 22

2.2.3 接口方法 26

2.3 8155与MCS-51接口技术 30

2.3.1 8155的结构 30

2.3.2 8155 RAM/IO接口寻址方法 31

2.3.3 命令寄存器及状态寄存器 32

2.3.4 8155的定时器／计数器 34

2.3.5 8155与MCS-51接口方法举例 35

2.4 键盘与显示器接口 36

2.4.1 LED显示器接口 36

2.4.2 键盘接口 42

2.4.3 8155键盘显示器接口 43

习题与思考题 47

第3章 过程输入输出通道 49

3.1 过程通道及其分类 49

3.2 数字量输入／输出通道 49

3.2.1 数字量输入通道 50

3.2.2 数字量输出通道 50

3.3 模拟量输入通道 51

3.3.1 输入信号的处理 52

3.3.2 放大器 52

3.3.3 采样／保持器（S/H） 53

3.3.4 多路开关 56

3.3.5 模数转换器 60

3.4 模数转换器ADC0809 60

3.4.1 A/D转换的原理 60

3.4.2 A/D转换器的技术指标 61

3.4.3 ADC0809的结构 61

3.4.4 ADC0809与MCS-51接口 64

3.5 模拟量输出通道 66

3.6 数模转换（D/A）接口 66

3.6.1 D/A转换的原理 67

3.6.2 DAC0832的结构 68

3.6.3 DAC0832与MCS-51的接口方法 69

习题与思考题 72

第4章 两级计算机控制系统 75

4.1 串行接口基础 75

4.1.1 串行接口的常用术语 75

4.1.2 RS-232C总线 77

4.2 MCS-51的串行接口 80

4.2.1 串行接口的组成和特性 80

4.2.2 多机通信 82

4.2.3 串行接口应用举例——双机通信 83

4.3 MCS-51与PC通信程序 87

4.3.1 用汇编语言编写的MCS-51与PC通信程序 87

4.3.2 用C语言编写的MCS-51与PC通信程序 92

4.3.3 PC与8031多机通信技术 93

4.3.4 PC与MCS-51单片机组成的两级控制系统 94

习题与思考题 94

第5章 计算机控制系统程序设计 97

5.1 判断程序 97

5.1.1 算术判断程序 97

5.1.2 逻辑判断程序 100

5.1.3 标志判断程序 102

5.2 巡回检测程序 103

5.2.1 巡回检测中的模拟量输入通道 103

5.2.2 采样定理与采样周期的选取 104

5.2.3 巡回检测系统程序的设计 105

5.3 越限报警程序 108

5.3.1 软件报警程序 108

5.3.2 直接报警程序 112

5.4 步进电机控制程序 113

5.4.1 步进电机的工作原理 113

5.4.2 步进电机的控制 114

5.4.3 步进电机控制程序的设计 121

5.5 控制算法PID程序 125

5.5.1 PID控制算法 125

5.5.2 PID控制算法程序设计 128

5.6 数字滤波程序 139

5.6.1 程序判断滤波 139

5.6.2 中值滤波 143

5.6.3 算术平均值滤波 144

5.6.4 加权平均值滤波 145

5.6.5 RC数字低通滤波 145

5.6.6 复合数字滤波 146

5.6.7 数字滤波程序小结 147

5.7 标度变换程序 147

5.7.1 线性参数标度变换程序 148

5.7.2 非线性参数标度变换程序 149

5.8 线性化处理程序 150

5.8.1 线性插值 151

5.8.2 抛物线插值 151

5.8.3 线性插值法的应用举例 152

习题与思考题 158

第6章 数字控制器的模拟化设计方法 161

6.1 数字控制器的模拟化设计方法概述 161

6.1.1 模拟化设计方法 161

6.1.2 模拟化设计方法的应用 161

6.2 模拟控制器的离散化方法 162

6.2.1 零阶保持器法 162

6.2.2 双线性变换法 163

6.2.3 差分变换法 165

6.3 数字PID控制算法及其改进 166

6.3.1 数字PID控制算法 166

6.3.2 数字PID控制算法的改进 169

6.4 采样周期的选择 175

6.5 PID数字控制器的参数整定 177

6.5.1 凑试法 177

6.5.2 优选法 178

6.5.3 扩充临界比例度法 179

6.5.4 扩充响应曲线法 180

6.5.5 归一参数整定法 181

6.5.6 PID数字控制器设计举例 181

习题与思考题 185

第7章 数字控制器的离散化设计方法 187

7.1 Z变换 187

7.1.1 采样函数的拉氏变换 187

7.1.2 采样函数的Z变换 187

7.1.3 Z变换的性质 190

7.1.4 用Z变换解线性常系数差分方程 194

7.1.5 Z反变换 196

7.1.6 扩展Z变换 199

7.2 数字控制器的离散化设计方法概述 205

7.2.1 离散化设计方法 205

7.2.2 离散化设计方法的基本原理 205

7.2.3 设计步骤 206

7.2.4 系统的性能指标 206

7.3 最小拍有波纹控制系统的设计 207

7.3.1 确定闭环脉冲传递函数WB（z）的方法 207

7.3.2 最小拍有波纹系统的设计举例 213

7.3.3 最小拍有波纹系统的局限性 217

7.4 最小拍无波纹控制系统的设计 220

7.4.1 最小拍系统产生波纹的原因 220

7.4.2 最小拍无波纹系统WB（z）的确定方法 220

7.4.3 最小拍无波纹系统的设计举例 220

7.5 控制算法在计算机上的实现 223

7.5.1 直接程序法 223

7.5.2 串行程序法 224

7.5.3 并行程序法 225

习题与思考题 227

第8章 复杂控制规律 229

8.1 Smith预估计器 229

8.1.1 纯滞后补偿原理 229

8.1.2 带Smith预估计器的DDC系统 231

8.2 Dahlin算法 233

8.2.1 数字控制器D（z）的形式 233

8.2.2 振铃现象及其消除 235

8.2.3 具有纯滞后系统的数字控制器的直接设计步骤 237

8.2.4 Dahlin算法与Smith补偿法的比较 237

8.3 前馈控制 238

8.3.1 前馈控制原理 238

8.3.2 前馈—反馈控制 240

8.4 串级控制 243

8.4.1 串级控制系统的组成和工作原理 243

8.4.2 串级控制系统的特点 245

8.4.3 串级控制系统的应用范围 250

8.4.4 用计算机实现的串级控制系统 251

8.4.5 串级控制系统的设计 255

8.5 多变量解耦控制 259

8.5.1 多变量解耦控制问题的概述 259

8.5.2 解耦控制原理 260

8.5.3 多变量解耦控制器的设计 262

习题与思考题 264

参考文献 265