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目 录 1

第一章绪论 1

§1.1计算机控制的一般概念 1

§1.2计算机控制发展简史 3

§1.3微型计算机实时控制系统的一般组成 4

1.3.1硬件组成 4

1.3.2软件组成 6

§1.4微型计算机在控制中的典型应用方式 6

1.4.1数据采集和数据处理 6

1.4.2 直接数字控制系统DDC 7

1.4.3监督控制系统SCC 8

1.4.4集散控制系统 9

第二章微型计算机基本知识 10

§2.1微型计算机的基本工作原理 10

2.1.1微型计算机的模型 10

2.1.2模型机的工作过程 11

§2.2微型计算机的硬件 13

2.2.1微处理器 14

2.2.2存储器 18

§2.3 微型计算机的软件 23

2.3.1程序语言 23

2.2.4输入输出设备 23

2.2.3 LSI接口芯片 23

2.3.2操作系统 26

2.3.3实时监控程序 27

§2.4微型计算机的输入输出 28

2.4.1 I/O接口的编址方式 29

2.4.2微处理器管理输入输出的方式 31

§2.5微型计算机系统实例 34

2.5.1专用单板式微型计算机系统 34

2.5.2通用单板式微型计算机系统 35

§2.6汇编语言程序设计实例 36

2.6.1汇编语言程序设计过程 36

2.6.2基本程序实例 37

2.6.3一个顺序控制程序的编制 41

§2.7小结 44

习题与思考题 44

第三章过程通道和数据采集系统 45

§3.1概述 45

3.1.1过程通道的组成和功用 45

3.1.2信号变换中的采样、量化和编码 46

§3.2模拟量输入通道 48

3.2.1模拟量输入通道的一般组成 48

3.2.2多路转换器 49

3.2.3可编程序放大器 50

3.2.4采样与保持器 52

3.3.1数／模转换原理 53

§3.3数／模与模／数转换技术 53

3.3.2模／数转换原理 55

3.3.3模／数与数／模转换器的主要技术指标 57

§3.4单片模／数转换器及其与微处理器的接口 60

3.4.1 8位模／数转换器及其接口 60

3.4.2 12位模／数转换器及其接口 62

3.4.3程序逐次逼近法实现模／数转换 63

§3.5数据采集系统 64

3.5.1数据采集系统的结构方案 64

3.5.2数据采集系统实例 64

3.6.1多路模拟量输出通道的结构型式 69

§3.6模拟量输出通道 69

3.6.2单片数／模转换器及其与微处理器的接口 70

3.6.3双极性模拟量榆出的实现 71

§3.7过程通道的抗干扰措施 73

3.7.1干扰的来源和干扰的分类 73

3.7.2常态干扰的抑制 75

3.7.3共模干扰的抑制 76

3.7.4其它抗干扰措施 78

§3.8小结 80

习题与思考题 80

第四章程序控制和数值控制 81

§4.1微型计算机顺序控制器 81

4.1.1简易顺序控制器 81

4.1.2面板可编程序高级顺序控制器 90

4.1.3群控 93

§4.2开环数值控制 94

4.2.1数值控制的基本原理 94

4.2.2逐点比较法插补原理 95

§4.3步进电机的控制 110

4.3.1步进电机的工作方式 111

4.3.2步进电机的脉冲分配程序 111

4.3.3步进电机的速度控制程序 114

§4.4小结 116

习题与思考题 116

5.1.1模拟PID调节器 117

§5.1准连续PID控制算法 117

第五章数字PID控制算法 117

5.1.2数字PID控制算法 119

§5.2对标准PID算法的改进 121

5.2.1 “饱和”作用的抑制 121

5.2.2干扰的抑制 126

5.2.3其它修改算法 127

§5.3 PID调节器参数选择 129

5.3.1凑试法确定PID调节参数 130

5.3.2实验经验法确定PID调节参数 131

5.3.3采样周期的选择 133

§5.4小结 134

习题与思考题 135

第六章数字控制器的直接设计方法 136

§6.1参数最优化的低阶控制算法 137

§6.2最少拍随动系统的设计 138

6.2.1最少拍系统的设计 139

6.2.2最少拍系统的局限性 146

§6.3最少拍无纹波随动系统的设计 149

§6.4惯性因子法 150

§6.5非最少的有限拍控制 153

§6.6达林（Dahlin）算法 154

§6.7小结 158

习题与思考题 158

第七章基于系统输入输出描述的控制算法 160

§7.1模型算法控制 161

7.1.1模型算法控制的原理和算法 161

7.1.2有限制时的控制算法修正 166

7.1.3有纯滞后对象的控制算法修正 168

7.1.4应用模型算法控制的注意点 169

§7.2动态矩阵控制 169

7.2.1动态矩阵控制的原理 169

7.2.2动态矩阵控制的算法 174

7.2.3设计参数的选择 175

7.2.4动态矩阵控制设计举例——温度控制 179

7.2.5多变量系统的动态矩阵控制 180

7.3.1脉冲响应系列调节器 183

§7.3其它基于系统输入输出描述的控制算法简介 183

7.3.2外推数字预测调节器 186

§7.4小结 189

习题与思考题 190

第八章微型计算机控制系统设计 192

§8.1微型计算机控制系统设计的基本要求和特点 192

8.1.1系统设计的基本要求 192

8.1.2系统设计的特点 194

§8.2微型计算机控制系统的研制工具 194

8.2.1微型计算机开发系统的组成 194

8.2.3微型计算机开发系统的应用 197

8.2.2联机仿真器ICE的功能 197

§8.3微型计算机控制系统设计的一般步骤 200

8.3.1确定控制任务 200

8.3.2 选择微处理器和外围设备 200

8.3.3建立数学模型，确定控制算法 201

8.3.4系统总体方案设计 201

8.3.5硬件和软件的具体设计 202

§8.4微型计算机控制系统设计 202

8.4.1 系统的选择和配置 203

8.4.2总线负载的考虑 204

8.4.3专用微型计算机系统设计 207

§8.5温度控制系统应用实例 211

8.5.1一个简单的温度控制系统 211

8.5.2程序升温控制系统 221

§8.6小结 231

习题与思考题 232

第九章集散控制系统及其基本控制器 233

§9.1概述 233

9.1.1集散控制系统与分级分布控制 233

9.1.2集散控制系统的特点 235

9.1.3 集散控制系统发展的概况及展望 236

§9.2集散控制系统的组成 238

9.2.1基本控制器 238

9.2.2 就地操作员接口 242

9.2.3数据通信系统 244

9.2.4 CRT操作台和上级计算机控制 249

§9.3基本控制器设计实例 251

9.3.1系统硬件设计 251

9.3 2控制程序设计 254

9.3.3数据操作面板设计 257

9.3.4系统管理程序设计 263

9.3.5基本控制器应用举例 277

§9.4小结 279

习题与思考题 280

第十章微型计算机控制系统应用程序设计 281

§10.1应用程序设计的基本任务 281

10.1.1应用程序设计的基本步骤 281

§10.2程序设计技术 282

10.1.2问题的定义 282

10.2.1模块程序设计 283

10.2.2 自顶向下程序设计 283

§10.3数字滤波方法 283

10.3.1算术平均值法 284

10.3.2中值滤波法 288

10.3.3防脉冲干扰平均值法 291

10.3.4惯性滤波法 291

10.3.5程序判断滤波 292

§10.4线性化处理 296

10.4.1平方根数字实现方法 296

10.4.2温度与热电势的线性化 305

§10.5测量值与工程量转换 307

§10.6越限报警处理 309

§10.7控制算法的程序设计 315

10.7.1带一阶滤波的增量式数字PID算法程序 315

10.7.2增量式PID比率算法 320

10.7.3增量式PID偏置算法 321

10.7.4 微分先行PID算法 321

§10.8小结 323

习题与思考题 323

附录A Z-80和8080/8085基本指令对照表 325

附录B 采样系统的Z变换 328

参考文献 334