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第1章　概论 1

1.1　计算机控制技术和企业自动化概论 1

1.1.1　企业和企业自动化 1

1.1.2　企业自动化的重要性 2

1.1.3　计算机控制技术和企业自动化 3

1.2　计算机控制技术和系统介绍 3

1.2.1　基本概念 3

1.2.2　工业控制系统应该满足的要求 4

1.2.3　计算机控制系统的基本形式和特点 5

1.3　计算机控制系统的应用和发展 7

1.3.1　计算机控制技术的主要内容 7

1.3.2　常用的计算机控制器 8

1.3.3　计算机控制技术在我国的发展和应用 12

1.4　计算机控制技术的发展趋势 13

1.4.1　计算机控制系统的多样性和统一性 13

1.4.2　研究和发展智能控制系统 14

1.4.3　工业自动化软件技术及其发展 15

1.4.4　嵌入式系统的发展 17

1.4.5 网络时代的计算机控制技术 17

思考题与习题 20

第2章　工业通信基础和计算机接口总线 21

2.1　数据通信基础 21

2.1.1　通信系统的基本组成 21

2.1.2　信号与数据表示 22

2.1.3　信道与信道的主要技术指标 24

2.1.4　信号的传输方式 25

2.2　计算机总线接口技术和内部总线 28

2.2.1 总线概述 28

2.2.2　内部总线 31

2.3　PC系列系统总线 35

2.3.1　早期的PC系列总线 35

2.3.2　PCI和AGP总线 38

2.3.3　新一代PC总线 40

2.4　工控机与测控仪器接口总线 45

2.4.1　工控机总线技术 46

2.4.2　测量仪器总线 50

思考题与习题 57

第3章　计算机控制系统 59

3.1　计算机控制的概念 59

3.2　计算机控制系统的组成 61

3.2.1 计算机控制系统的硬件组成 61

3.2.2　计算机控制系统的软件 63

3.3　控制系统的性能指标描述 65

3.3.1　计算机控制系统的性能及其指标 65

3.3.2　计算机控制系统的能控性和能观测性 66

3.3.3　性能指标 68

3.4　线性离散系统分析 71

3.4.1　线性离散系统的稳定性分析 71

3.4.2　离散系统的稳态误差 78

3.4.3　离散系统的动态性能 81

3.5　线性离散时间系统的能控性与能观测性 87

3.5.1　线性定常离散时间系统的能控性定义及判据 87

3.5.2　线性定常离散时间系统的能观测性定义及判据 89

3.6 应用MATLAB进行离散系统分析 91

思考题与习题 94

第4章 控制系统的接口：输入输出通道 95

4.1　数字量过程通道 95

4.1.1　数字量输入通道 96

4.1.2　数字量输出通道 97

4.2　模拟量输入通道 98

4.2.1　模拟量输入通道的结构 98

4.2.2　8位A/D转换器ADC0809 100

4.2.3 LMx31系列芯片与V/F转换电路 101

4.3　模拟量输出通道 102

4.3.1 一个通路设置一个数／模转换器 103

4.3.2　多个通路共用一个数／模转换器 103

4.3.3　模拟量输出电路 103

4.3.4　模拟量输出通道的设计 104

4.4　传感器和传感系统 106

4.4.1　传感器的一般特性 106

4.4.2　传感器的类型与发展 107

4.5　执行器和驱动系统 108

4.5.1 继电器 108

4.5.2 固态继电器的工作原理和特性 112

4.5.3 电动机 114

4.6　人机接口 119

4.6.1　键盘接口技术 119

4.6.2　显示器接口技术 121

4.6.3　LCD显示器结构原理 124

思考题与习题 127

第5章　控制器设计技术 128

5.1 数字控制器的连续化设计技术 128

5.1.1 采样频率与连续化设计的关系 128

5.1.2　数字PID控制器的设计 130

5.1.3　数字PID控制器的改进 132

5.1.4　数字PID控制算法的参数整定 137

5.2　数字控制器的离散化设计技术 141

5.2.1 数字控制器的离散化设计步骤 141

5.2.2　最少拍无差数字控制器的设计 143

5.2.3　最少拍无纹波系统的设计 150

5.3　纯滞后控制技术 153

5.3.1　施密斯预估控制算法 153

5.3.2　达林算法 156

5.4　串级控制技术 160

5.4.1 串级控制的特点及设计原则 161

5.4.2　数字串级控制算法 162

5.5　前馈-反馈控制技术 163

5.5.1　前馈控制的结构和原理 163

5.5.2　前馈-反馈控制结构 164

5.5.3　数字前馈-反馈控制算法 165

5.6　状态空间设计法 166

5.6.1 状态空间的输出反馈设计法 166

5.6.2　状态空间的极点配置设计法 171

思考题与习题 183

第6章　计算机控制系统的抗干扰技术 185

6.1 工业现场的干扰及对系统的影响 185

6.1.1 干扰源 186

6.1.2　干扰的传播途径 187

6.1.3　干扰的作用形式 188

6.2　硬件抗干扰技术 189

6.2.1 串模干扰的抑制 189

6.2.2　共模干扰的抑制 191

6.2.3　长线传输干扰的抑制 194

6.3　软件抗干扰技术 195

6.3.1　软件出错对系统的危害 195

6.3.2　数字滤波方法 196

6.3.3　输入／输出软件抗干扰措施 199

6.3.4　软件冗余技术 199

6.3.5 程序运行失常的软件抗干扰 199

6.4　接地技术 202

6.4.1 计算机控制系统接地的种类及作用 202

6.4.2　常用的接地方法 203

6.5　电源系统的抗干扰技术 205

6.5.1　交流电源系统的抗干扰 205

6.5.2　直流电源系统的抗干扰 208

6.5.3　抗干扰稳压电源的设计 208

思考题与习题 210

第7章　主要的工业控制器 212

7.1　PLC及其应用 212

7.1.1　PLC的基础知识 213

7.1.2　PLC软件系统及编程语言 219

7.1.3　PLC的应用 223

7.1.4　PLC系统的选型和应用设计 225

7.1.5　PLC的发展趋势 230

7.2　工业控制计算机技术及发展 231

7.2.1　工控机概述 231

7.2.2　工控机的发展 231

7.2.3　软PLC的概念和应用 234

7.3　嵌入式控制系统 235

7.3.1　嵌入式系统介绍 235

7.3.2　嵌入式操作系统 237

7.3.3　嵌入式Linux及应用 240

7.3.4　嵌入式系统开发知识 244

7.3.5　嵌入式微处理器的选择 246

7.3.6　嵌入式系统的发展趋势 250

思考题与习题 251

第8章　工业通信技术和工业网络 252

8.1 工业控制系统的接口和通信网络 252

8.1.1　工业数据通信的发展 252

8.1.2　工业通信网的要求和特点 256

8.2　常用通信总线 258

8.2.1 串行通信技术和发展 258

8.2.2　FireWire和USB总线 261

8.2.3　工业无线技术 264

8.3　常用的现场总线 268

8.3.1　概述 268

8.3.2　基金会总线FF 270

8.3.3　PROFIBUS技术 274

8.3.4 LonWorks 278

8.3.5 CAN Bus和汽车内部网络 280

8.3.6　其他常用现场总线 284

8.4　工业以太网 288

8.4.1 以太网基础 288

8.4.2 以太网作为现场总线的特点 289

8.4.3　工业以太网提高性能的措施 290

8.4.4　工业以太网的应用和发展 292

8.5　现场总线控制系统 293

8.5.1　现场总线控制系统介绍 293

8.5.2　现场总线控制系统中的功能模块 294

8.5.3　发展趋势 295

思考题与习题 296

第9章　计算机控制系统的设计与集成 297

9.1　计算机控制系统的设计 297

9.1.1　控制系统设计的原则 297

9.1.2　系统的总体方案设计 298

9.1.3　硬件的工程设计和实现 299

9.1.4　软件的工程设计和实现 301

9.2　企业自动化系统的集成 303

9.2.1 自动化系统的主要内容 303

9.2.2　自动化系统的层次 304

9.3　生产控制系统体系 305

9.3.1　计算机集成制造系统 305

9.3.2　流程工业中的综合自动化系统 309

9.3.3　工厂生产过程监控和SCADA 311

9.3.4　工厂自动化的上层系统：MES和ERP 314

思考题与习题 323

参考文献 324