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1 绪论 1

1.1 一般概念 1

1.2 计算机控制系统的特征与工作原理 3

1.2.1 结构特征 3

1.2.2 信号特征 4

1.2.3 控制方法特征 4

1.2.4 功能特征 4

1.3 系统的组成 5

1.3.1 系统硬件 6

1.3.2 生产过程 7

1.3.3 系统软件 7

1.4 系统的典型结构 8

1.4.1 操作指导控制系统 8

1.4.2 直接数字控制系统 8

1.4.3 计算机监督控制系统 9

1.4.4 集散控制系统 9

1.4.5 现场总线控制系统 10

1.4.6 工业过程计算机集成制造系统 11

1.5 发展趋势 11

2 计算机控制系统的硬件 13

2.1 工业控制计算机 13

2.1.1 组成与特点 13

2.1.2 内部总线 16

2.1.3 外部总线 20

2.1.4 I/O模块 20

2.1.5 主要产品 23

2.2 传感器 24

2.2.1 传感器的地位 24

2.2.2 传感器的含义 24

2.2.3 常用的传感器 24

2.3 仪表 27

2.3.1 智能仪器的组成 27

2.3.2 智能仪器的功能 28

2.4 可编程控制器 29

2.4.1 可编程控制器的特点 29

2.4.2 可编程控制器的分类 29

2.4.3 可编程控制器的基本结构 31

2.4.4 可编程控制器产品 34

2.5 嵌入式系统 34

2.5.1 嵌入式系统的组成与特点 34

2.5.2 典型的嵌入式微处理器 38

2.5.3 典型的微控制器 40

3 I/O接口与过程通道 43

3.1 数字量I/O通道 43

3.1.1 数字量I/O接口技术 43

3.1.2 数字量输入通道 45

3.1.3 数字量输出通道 46

3.2 模拟量输入通道 47

3.2.1 模拟量输入通道的组成 47

3.2.2 信号调理 48

3.2.3 多路转换器 52

3.2.4 信号的采样和量化 54

3.2.5 采样保持器 55

3.2.6 A/D转换器 56

3.2.7 A/D转换器接口设计 61

3.2.8 A/D转换器与PC接口 63

3.3 模拟量输出通道 65

3.3.1 模拟量输出通道的结构形式 65

3.3.2 D/A转换器 66

3.3.3 D/A转换器与接口技术 69

3.3.4 D/A转换器与PC接口 69

3.3.5 D/A转换器的输出形式 71

3.3.6 V/I变换 72

4 计算机控制系统理论基础 74

4.1 计算机控制系统中信号的种类 74

4.1.1 A/D转换器 74

4.1.2 D/A转换器 75

4.1.3 计算机控制系统中信号形式的分类 76

4.2 理想采样过程的数学描述及特性分析 78

4.2.1 信号采样 78

4.2.2 采样机理描述 79

4.2.3 采样定理 80

4.2.4 信号复现与零阶保持器 83

4.3 差分方程 86

4.3.1 离散时间系统的描述 86

4.3.2 离散时间系统的模拟 88

4.4 Z变换 91

4.4.1 Z变换的定义 91

4.4.2 脉冲传递函数 92

4.4.3 Z变换的性质和定理 96

4.4.4 S域与Z域的关系 97

4.4.5 采样系统的稳定性 98

4.4.6 采样控制系统的稳态分析 99

5 数字控制器的设计 101

5.1 数字控制器的连续化设计 101

5.1.1 数字控制器的连续化设计步骤 101

5.1.2 PID控制规律 103

5.1.3 数字PID控制算法 106

5.1.4 改进的数字PID控制算法 108

5.1.5 数字PID参数的整定 113

5.2 数字控制器离散化设计 117

5.2.1 数字控制器的离散化设计步骤 118

5.2.2 最少拍控制系统的设计 118

5.2.3 纯滞后控制 127

5.3 数字串级控制器的设计 131

5.3.1 串级控制的结构和原理 132

5.3.2 串级控制系统的确定 133

5.3.3 数字串级控制算法 133

5.4 数字程序控制器的设计 134

5.4.1 数字程序控制基础 134

5.4.2 逐点比较法插补原理 136

5.4.3 步进电机控制技术 144

5.4.4 步进电机控制接口及输出字表 147

6 应用程序设计与实现技术 150

6.1 概述 150

6.2 应用程序设计技术 151

6.2.1 应用程序设计的基本任务 151

6.2.2 应用程序设计的基本步骤与方法 152

6.2.3 工业控制组态软件 154

6.2.4 软件工程方法概述 155

6.3 查表技术 156

6.3.1 顺序查找法 156

6.3.2 计算查找法 157

6.3.3 对分查找法 158

6.4 线性化处理技术 160

6.4.1 线性插值法 160

6.4.2 抛物线插值法 163

6.5 量程自动转换和标度变换 164

6.5.1 量程自动转换 165

6.5.2 标度变换 167

6.6 报警程序设计 171

7 工业控制网络技术 179

7.1 工业控制网络概述 179

7.1.1 企业信息化 179

7.1.2 控制网络的特点 180

7.1.3 控制网络的类型 180

7.2 网络技术基础 181

7.2.1 网络拓扑结构 181

7.2.2 介质访问控制技术 182

7.2.3 差错控制技术 184

7.2.4 参考模型 185

7.3 工业以太网 189

7.3.1 工业以太网与以太网 189

7.3.2 以太网的优势 190

7.3.3 工业以太网的关键技术 190

7.3.4 常见工业以太网协议 193

7.4 现场总线 194

7.4.1 现场总线概述 194

7.4.2 典型现场总线 197

8 抗干扰技术 202

8.1 干扰的来源与传播途径 202

8.1.1 干扰的来源 202

8.1.2 干扰的传播途径 203

8.2 硬件抗干扰措施 204

8.2.1 串模干扰的抑制 204

8.2.2 共模干扰的抑制 206

8.2.3 长线传输干扰的抑制 210

8.2.4 信号线的选择与敷设 212

8.2.5 电源系统的抗干扰 214

8.2.6 接地系统的抗干扰 217

8.3 软件抗干扰措施 221

8.3.1 指令冗余技术 221

8.3.2 软件陷阱技术 221

8.4 程序运行监视系统 222

8.4.1 Watchdog Timer工作原理 222

8.4.2 Watchdog Timer实现方法 223

9 计算机控制系统设计与实现 225

9.1 系统设计的原则与步骤 225

9.1.1 系统设计的原则 225

9.1.2 系统设计的步骤 226

9.2 系统的工程设计与实现 228

9.2.1 系统总体方案设计 229

9.2.2 硬件的工程设计与实现 231

9.2.3 软件的工程设计与实现 232

9.2.4 系统的调试与运行 235

9.3 电热油炉温度单片机控制系统设计 237

9.3.1 控制任务与工艺要求 237

9.3.2 硬件系统设计 239

9.3.3 数学模型与控制算法 242

9.3.4 软件设计 244

9.4 工控机应用实例——仿真转台控制系统设计 252

9.4.1 系统概述 252

9.4.2 硬件设计 253

9.4.3 软件设计 255

参考文献 264