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前言 1

第1章 绪论 1

1.1 计算机控制系统的概念 1

1.1.1 常规控制系统 1

目录 1

1.1.2 计算机控制系统 2

1.2 计算机控制系统的组成 3

1.2.1 计算机控制系统的硬件 3

1.3.1 数据采集系统（DAS） 5

1.2.2 计算机控制系统的软件 5

1.3 计算机控制系统的分类 5

1.3.2 直接数字控制系统（DDC） 6

1.3.3 监督控制系统（SCC） 6

1.3.4 集散控制系统（DCS） 7

1.3.5 现场总线控制系统（FCS） 8

1.3.6 工业过程计算机集成制造系统（流程CIMS） 8

1.4.4 自适应控制 10

1.4.3 实现最优控制 10

1.4.5 人工智能 10

1.4 计算机控制系统的发展趋势 10

1.4.2 采用新型的控制系统 10

1.4.1 可编程控制器（PLC） 10

1.4.6 模糊控制（Fuzzy Control） 11

1.4.7 模型预测控制 11

1.5 习题 11

第2章 计算机控制系统总线技术 12

2.1 概述 12

2.1.1 总线的概念及分类 12

2.1.2 总线组成及总线功能 12

2.2 内部总线 14

2.2.1 STD总线 14

2.2.2 PCI总线 16

2.3.1 IEEE-488总线 19

2.3 外部总线 19

2.3.2 串行通信基础 21

2.3.3 RS-232C串行通信接口 23

2.3.4 RS-485串行通信接口 25

2.4 习题 28

第3章 人机接口技术 29

3.1 独立式键盘接口设计 29

3.1.1 键盘的特点及确认 29

3.1.2 独立式按键扩展实例 30

3.2 矩阵式键盘接口设计 31

3.2.1 矩阵键盘工作原理 31

3.2.2 按键的识别方法 32

3.2.3 键盘的编码 33

3.3 显示技术的发展及其特点 33

3.3.1 显示技术的发展 33

3.3.2 显示器件的主要参数 34

3.4 LED显示器接口设计 35

3.4.1 LED显示器的结构 36

3.4.2 LED显示器的扫描方式 37

3.4.3 LED显示器扩展实例 39

3.5 段型LCD显示器接口设计 40

3.5.1 LCD的发展过程 40

3.5.2 LCD的特点 40

3.5.3 LCD的基本结构及工作原理 41

3.5.4 LCD的驱动方式 41

3.5.5 液晶显示驱动器 43

3.5.6 LCD接口电路设计 44

3.6 打印机接口电路设计 45

3.6.1 标准Centronics接口 45

3.6.2 应用实例 46

3.7 习题 47

4.1.1 信号和采样定理 48

第4章 过程输入输出通道接口技术 48

4.1 概述 48

4.1.2 采样／保持器 53

4.1.3 模拟开关 54

4.1.4 32通道模拟量输入电路设计实例 56

4.2 模拟量输入通道 58

4.2.1 模拟量输入通道的组成 58

4.2.2 A/D转换器的工作原理 59

4.2.3 量化 64

4.2.4 A/D转换器的技术指标 65

4.3 8位A/D转换器及其接口技术 65

4.3.1 ADC0808/0809介绍 66

4.3.2 8位A/D转换器与CPU的接口 67

4.3.3 8位A/D转换器的程序设计 69

4.4 12位A/D转换器AD574A/AD1674 69

4.4.1 AD574A的内部结构与引脚功能 70

4.4.2 AD574A的应用特性及校准 71

4.4.3 AD574A与CPU的接口 72

4.5 24位∑-Δ型A/D转换器AD7714 73

4.5.1 引脚介绍 74

4.5.2 片内寄存器 76

4.5.3 模拟输入与基准输入 78

4.5.4 AD7714数字接口 79

4.5.5 AD7714与CPU的接口 80

4.6 模拟量输出通道 83

4.6.1 模拟量输出通道的组成 83

4.6.2 D/A转换器的工作原理 83

4.6.3 D/A转换器的技术指标 85

4.7 8位D/A转换器及其接口技术 85

4.7.1 DAC0832介绍 85

4.7.2 8位D/A转换器与CPU的接口 87

4.8.1 DAC1208/1209/1210的内部结构与引脚功能 88

4.8 12位D/A转换器DAC1208 88

4.8.2 DAC1208与CPU的接口 89

4.8.3 DAC1230系列D/A转换器 91

4.9 4路12位并行D/A转换器DAC7624 91

4.9.1 引脚介绍 91

4.9.2 应用说明 92

4.9.3 DAC7624/25与CPU的接口 93

4.10.1 光耦合器 94

4.10 数字量输入输出通道 94

4.10.2 数字量输入通道 96

4.10.3 数字量输出通道 98

4.10.4 脉冲量输入输出通道 99

4.11 电流／电压转换电路 100

4.11.1 电压／电流转换 100

4.11.2 电流／电压转换 101

4.11.3 集成电压／电流转换器XTR110 102

4.12.1 干扰的分类 103

4.12 过程通道的抗干扰与可靠性设计 103

4.12.2 计算机控制系统可靠性设计 105

4.12.3 抗干扰的硬件措施 107

4.12.4 抗干扰的软件措施 109

4.13 习题 111

第5章 数字控制技术 113

5.1 数字控制基础 113

5.1.1 数字控制的基本原理 113

5.1.2 数字控制方式 114

5.1.3 开环数字控制 115

5.2 逐点比较法插补原理 115

5.2.1 逐点比较法直线插补 116

5.2.2 逐点比较法圆弧插补 120

5.3 步进电动机控制 124

5.3.1 步进电动机的工作原理 125

5.3.3 步进电动机的驱动电路 126

5.3.2 步进电动机控制系统原理图 126

5.3.4 步进电动机的工作方式 127

5.3.5 步进电动机控制程序设计 128

5.4 习题 130

第6章 计算机控制系统的控制规律 132

6.1 被控对象的传递函数与性能指标 132

6.1.1 计算机控制系统被控对象的传递函数 132

6.1.2 计算机控制系统的性能指标 133

6.1.3 对象特性对控制性能的影响 137

6.2 PID控制 138

6.2.1 概述 138

6.2.2 PID调节的作用 138

6.3 数字PID算法 140

6.3.1 PID算法 140

6.3.2 PID算式的改进 147

6.4.1 PID参数对控制性能的影响 151

6.4 PID参数整定 151

6.4.2 采样周期T的选取 152

6.4.3 扩充临界比例度法 153

6.5 串级控制 155

6.5.1 串级控制算法 155

6.5.2 副回路微分先行串级控制算法 156

6.6 前馈-反馈控制 158

6.6.1 前馈控制的结构 158

6.6.2 前馈-反馈控制的结构 158

6.6.3 数字前馈-反馈控制算法 160

6.7 数字控制器的直接设计方法 161

6.7.1 基本概念 161

6.7.2 最少拍无差系统的设计 162

6.7.3 最少拍无纹波系统 169

6.8 大林算法 172

6.8.1 大林算法的基本形式 172

6.8.2 振铃现象的消除 173

6.8.3 大林算法的设计步骤 175

6.9 史密斯预估控制 176

6.9.1 史密斯预估控制原理 176

6.9.2 史密斯预估控制举例 178

6.10 模糊控制 178

6.10.1 模糊控制的数学基础 179

6.10.2 模糊控制系统组成 184

6.10.3 模糊控制器设计 189

6.10.4 双输入单输出模糊控制器设计 192

6.10.5 模糊PID控制 194

6.11 模型预测控制 196

6.11.1 动态矩阵控制（DMC） 197

6.11.2 模型算法控制（MAC） 206

6.12 离散状态空间设计方法 210

6.12.1 离散系统的能控性和能观测性 211

6.12.2 离散状态空间设计方法 214

6.13 习题 222

第7章 数据库技术与应用程序设计 224

7.1 数据库技术 224

7.1.1 概述 224

7.1.2 分布式数据库 225

7.1.3 实时数据库 228

7.1.4 历史数据库 229

7.2 数字滤波程序 230

7.2.1 程序判断滤波 230

7.2.2 中值滤波程序 231

7.2.3 算术平均滤波程序 231

7.2.4 加权平均滤波程序 232

7.2.5 低通滤波程序 233

7.2.6 滑动平均滤波程序 233

7.2.7 各种滤波方法的比较 233

7.3.1 线性标度变换程序 234

7.3 标度变换程序 234

7.3.2 非线性标度变换程序 236

7.4 习题 236

第8章 现场总线应用技术 237

8.1 现场总线的现状与发展 237

8.1.1 现场总线的产生 237

8.1.2 现场总线的本质 238

8.1.3 现场总线的特点和优点 238

8.1.4 现场总线的现状 241

8.1.5 现场总线网络的实现 241

8.1.6 现场总线技术的发展趋势 242

8.2 企业网络信息集成系统 243

8.2.1 企业网络信息集成系统的层次结构 243

8.2.2 现场总线的作用 246

8.3 现场总线简介 247

8.2.3 现场总线与上层网络的互联 247

8.3.1 基金会现场总线（FF） 248

8.3.2 CAN 248

8.3.3 DeviceNet 249

8.3.4 LonWorks 250

8.3.5 PROFIBUS 251

8.3.6 RS-485 251

8.4.1 基本概念 252

8.4 数据通信基础 252

8.4.2 通信系统的组成 254

8.4.3 数据编码 255

8.4.4 局域网及其拓扑结构 256

8.4.5 网络传输介质 258

8.4.6 介质访问控制方式 258

8.5 CAN现场总线 259

8.5.1 CAN的技术规范 260

8.5.2 CAN通信控制器SJA1000 269

8.5.3 PCA82C250/251 CAN收发器 279

8.5.4 CAN应用节点设计 281

8.5.5 基于CAN现场总线的SCADA系统结构 285

8.6 PROFIBUS现场总线 287

8.6.1 PROFIBUS概述 287

8.6.2 从站通信控制器SPC3 293

8.6.3 主站通信控制器ASPC2 296

8.6.4 PROFIBUS-DP开发包4 298

8.6.5 PROFIBUS-DP从站的开发 299

8.7 习题 300

第9章 计算机控制系统设计 301

9.1 计算机控制系统的设计方法 301

9.1.1 测控任务的确定 301

9.1.2 选择系统的主机机型 301

9.1.3 确定控制算法 302

9.1.4 系统总体方案设计 302

9.1.6 软件设计 303

9.1.5 硬件设计 303

9.1.7 选择工业自动化仪表 304

9.1.8 系统调试 305

9.2 工业锅炉计算机控制系统的设计 305

9.2.1 工业锅炉的工作过程 305

9.2.2 工业锅炉计算机控制的意义 306

9.2.3 工业锅炉计算机控制系统的基本功能 307

9.2.4 直接数字控制（DDC）系统的设计 309

9.2.5 系统总体设计 311

9.3 基于工业以太网和现场总线技术的新型控制系统 313

9.3.1 系统结构 314

9.3.2 系统性能 316

9.3.3 OPC技术 317

9.3.4 Web浏览与控制技术 320

9.3.5 组态软件技术 321

参考文献 325