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第1章 计算机控制系统概述 1

1.1 自动控制系统的工作原理 1

1.1.1 自动控制的任务 1

1.1.2 反馈控制系统的工作原理 1

1.1.3 反馈控制系统的组成 2

1.1.4 自动控制系统的类型 3

1.2 对控制系统的基本要求 4

1.2.1 控制系统的典型外作用函数 4

1.2.2 闭环控制系统的过渡过程 6

1.2.3 闭环控制系统的控制指标 6

1.2.4 计算机控制系统的综合控制指标 7

1.3 计算机控制系统的组成和分类 8

1.3.1 计算机控制系统的一般概念 8

1.3.2 计算机控制系统的硬件组成 8

1.3.3 计算机控制系统的软件组成 10

1.3.4 计算机控制系统的分类 11

小结 16

习题 16

第2章 连续控制系统的数学模型和传递函数分析法 18

2.1 被控对象特性的类型 18

2.1.1 有自衡非振荡过程的响应曲线 18

2.1.2 无自衡非振荡过程的响应曲线 19

2.1.3 有自衡振荡过程的响应曲线 19

2.1.4 具有反向特性的过程的响应曲线 20

2.2 被控对象特性的—般分析 20

2.2.1 放大系数K0 20

2.2.2 时间常数T0 22

2.2.3 时滞τ 23

2.3 微分方程的建立 24

2.3.1 建立系统微分方程的一般规律 24

2.3.2 建立微分方程的步骤和方法 25

2.4.1 拉氏变换 26

2.4.2 常用函数的拉氏变换表 26

2.4 拉氏变换和传递函数 26

2.4.3 拉氏变换法则 27

2.4.4 从微分方程到传递函数 28

2.4.5 用拉氏反变换求系统或环节的输入响应 28

2.5 方块图及其变换 29

2.5.1 方块图 29

2.5.2 方块图的等效变换 31

2.6 控制系统的阶跃响应 34

2.6.1 一阶系统的阶跃响应 34

2.6.2 二阶系统的阶跃响应 35

2.7.1 稳定性的基本概念 38

2.7.2 劳斯稳定判据 38

2.7 控制系统的稳定性和稳定判据 38

小结 40

习题 40

第3章 传感器 42

3.1 传感器概述 42

3.1.1 传感器的作用及组成 42

3.1.2 传感器分类 42

3.1.3 对传感器的主要技术要求 43

3.1.4 不同领域使用的传感器 43

3.1.5 用于机器人的传感器 44

3.1.6 家用设施中使用的传感器 45

3.1.7 医疗卫生保健领域使用的主要传感器 45

3.2 机械量传感器 46

3.2.1 压电传感器 46

3.2.2 电感式接近传感器 49

3.2.3 光栅位移传感器 51

3.3.1 集成温度传感器 54

3.3 热工量传感器 54

3.3.2 高分子材料湿度传感器 59

3.3.3 涡流流量传感器 61

3.4 光传感器 63

3.4.1 光电式传感器 63

3.4.2 红外光传感器 73

3.4.3 紫外线传感器 74

3.5 其他传感器 77

3.5.1 气敏传感器 77

3.5.2 超声波传感器 79

3.5.3 霍尔传感器 80

小结 82

习题 83

4.1.1 执行器应具备的主要技术特征 84

4.1.2 执行器的分类及特点 84

4.1 执行器概述 84

第4章 执行器 84

4.2 气动执行器 85

4.2.1 气动执行器的基本结构和工作原理 85

4.2.2 气动执行器与计算机的连接 86

4.3 电动执行器 86

4.3.1 伺服电动机 86

4.3.2 步进电机 88

4.3.3 调节阀 90

4.3.4 电磁阀 90

4.3.5 固态继电器 91

4.4 液压执行器 94

4.5 防火、防爆和手动／自动、无扰动切换 95

4.5.1 防爆栅 95

4.5.2 手动／自动、无扰动切换 95

习题 97

小结 97

第5章 计算机测量控制系统输入／输出技术 98

5.1 模拟量输入通道 98

5.1.1 输入信号的处理 98

5.1.2 模拟多路开关 101

5.1.3 程控增益放大器 103

5.1.4 采样和采样定理 110

5.1.5 A/D转换器和微处理器的连接 114

5.2 模拟量输出通道 120

5.2.1 模拟量输出通道的结构形式 120

5.2.2 单片D/A转换器和CPU的连接 121

5.2.3 D/A转换器的输出方式 124

5.2.4 D/A转换模板的通用性 125

5.3 开关量输入／输出通道 126

5.3.1 数字量输入接口 127

小结 128

5.3.2 数字量输出通道 128

习题 129

第6章 数据处理技术 130

6.1 数字滤波 130

6.1.1 惯性滤波法 130

6.1.2 算术平均滤波法 132

6.1.3 加权平均滤波法 133

6.1.5 防脉冲干扰平均值法（复合滤波法） 134

6.1.4 中值滤波法 134

6.1.6 滑动平均滤波法 135

6.1.7 程序判断滤波法 136

6.2 标度变换与线性化处理 137

6.2.1 标度变换 137

6.2.2 线性化处理 137

6.3 查表技术 141

6.3.1 顺序查表法 141

6.4.1 越限报警处理 142

6.4 报警处理 142

6.3.2 折半查表法 142

6.3.3 计算查表法 142

6.4.2 声、光和语音报警 144

小结 148

习题 148

第7章 微机测控系统抗干扰技术 149

7.1 干扰的来源和传播途径 149

7.1.1 干扰的种类 149

7.1.2 干扰传播途径 150

7.2 干扰抑制的基本原则 150

7.3 干扰抑制技术 151

7.3.1 电源系统的抗干扰措施 151

7.3.2 接地系统的抗干扰措施 153

7.3.3 I/O接口的抗干扰措施 156

7.3.4 输入／输出传输线的抗干扰措施 159

7.3.6 软件抗干扰措施 163

7.3.5 静电和电磁干扰的抑制 163

小结 166

习题 166

第8章 数字PID控制 167

8.1 数字PID控制算法 167

8.1.1 连续控制系统的PID控制规律 167

8.1.2 位置式PID算式 168

8.1.3 增量式PID算式 168

8.1.4 PID程序设计时应考虑的若干问题 169

8.2 积分饱和及其抑制 170

8.2.1 积分饱和的原因及其影响 170

8.2.2 积分饱和的抑制 171

8.3 数字PID算法的改进 173

8.3.1 实际微分PID算式 173

8.3.2 带死区的PID算式 175

8.4 PID调节器参数的整定与在线修改 176

8.3.3 给定值突变时的改进算法 176

8.3.4 砰砰——PID复合控制 176

8.4.1 扩充临界比例度法 177

8.4.2 PID参数的在线修改 178

小结 178

习题 179

第9章 复杂控制系统 180

9.1 串级控制 180

9.1.1 串级控制原理及优点 180

9.1.2 串级控制系统的确定 181

9.2 比值控制 182

9.2.1 单闭环比值控制 182

9.2.2 双闭环比值控制 182

9.2.3 变比值控制系统 182

9.3.1 前馈控制是按扰动进行的开环控制 184

9.3 前馈控制 184

9.2.4 串级比值控制系统 184

9.3.2 完全补偿的条件 185

9.3.3 前馈－反馈控制系统 185

小结 186

习题 186

第10章 可编程序控制器 187

10.1 PLC的工作原理与硬件组成 187

10.1.1 PLC的基本组成部件 187

10.1.2 可编程序控制器的特点 187

10.1.3 可编程序控制器的应用 188

10.1.4 PLC的工作原理 189

10.1.5 PLC的硬件 190

10.2 PLC的编程语言及软件设计 191

10.2.1 梯形图编程语言 192

10.2.2 顺序功能图编程 199

10.3.1 注塑机的工艺流程 202

10.3.2 确定I/O点及分配I/O地址 202

10.3 可编程序控制器控制注塑机 202

10.3.3 控制系统梯形图 203

10.3.4 梯形图指令表 204

小结 205

习题 206

第11章 集散系统和CIMS系统简介 207

11.1 集散系统 207

11.1.1 系统的主要特点 207

11.1.2 基本组成部件 208

11.1.3 DCS的结构特点 209

11.1.4 DCS的体系结构 210

11.1.5 典型DCS系统简介 211

11.2.1 CIMS追求生产活动的整体优化 213

11.2 计算机集成制造系统（CIMS）简介 213

11.2.2 CIMS的组成 214

11.2.3 CIMS的基础技术 215

11.2.4 CIMS结构 216

小结 219

习题 219

第12章 微机测控系统使用的先进单片机 220

12.1 PIC系列单片机 220

12.1.1 PIC单片机的主要特点 220

12.1.2 PIC系列单片机的性能及命名规则 223

12.1.3 PIC单片机的RISC指令系统 230

12.1.4 PIC单片机应用系统开发 232

12.2 Motorola系列单片机 233

12.2.1 Motorola系列单片机的性能及命名规则 233

12.2.2 Motorola系列单片机的主要特点 233

12.2.3 Motorola系列单片机的指令系统及特点 244

12.2.4 Motorola系列单片机应用系统开发 246

小结 247

习题 247

第13章 微机测控系统实例 248

13.1 带L.ED显示和4×4键盘的4通道电压表 248

13.1.1 系统硬件电路 248

13.1.2 程序框图 250

13.1.3 参考程序 251

13.2 电饭煲的模糊控制 261

13.2.1 烧饭的工艺过程 261

13.2.2 硬件电路 261

13.2.3 软件设计 263

13.3.4 上位机 265

13.3.3 系统结构 265

13.3.2 PLC选择 265

13.3.1 系统要求 265

13.3 高档PLC电厂输煤程控系统 265

13.3.5 系统组态图 266

13.4 数控机床 267

13.4.1 车床数字控制器的主要任务 267

13.4.2 逐点比较法插补原理 268

13.4.3 数字控制中其他一些重要概念 272

13.5 锅炉微机控制系统 274

13.5.1 锅炉工艺流程简介 274

13.5.2 锅炉微机控制的任务及实现 275

13.5.3 系统硬件配置 277

13.5.4 系统软件 278

小结 280

习题 280

参考文献 281