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第1章 绪论 1

1.1 计算机控制系统的基本概念 1

1.1.1 计算机控制系统的基本组成 1

1.1.2 计算机控制技术所涉及的主要问题 3

1.1.3 计算机控制技术的应用领域 5

1.2 计算机控制系统的典型形式 6

1.2.1 操作指导控制系统 6

1.2.2 直接数字控制系统 6

1.2.3 监督控制系统 7

1.2.4 集散控制系统 7

1.2.5 现场总线控制系统 8

1.2.6 计算机集成制造系统 9

1.3 计算机控制技术的发展 9

1.3.1 计算机控制技术的发展状况 9

1.3.2 计算机控制技术的发展趋势 10

1.4 计算机控制技术的学习要点 11

习题 12

第2章 计算机控制系统范例 13

2.1 温度控制系统硬件结构 13

2.1.1 控制计算机 13

2.1.2 传感器 14

2.1.3 温度变送器 14

2.1.4 输入输出板卡 15

2.1.5 执行机构 16

2.1.6 其他外围设备 17

2.2 温度控制系统软件设计 17

2.2.1 系统的图形画面 17

2.2.2 板卡设备定义 17

2.2.3 系统变量定义 18

2.2.4 动画连接与程序代码的编写 20

2.3 系统工作过程 22

习题 23

第3章 硬件设计基础 24

3.1 计算机控制系统常用主控制器 24

3.1.1 工业控制计算机 25

3.1.2 可编程序控制器 26

3.1.3 智能工业调节器 28

3.1.4 数字信号处理器 28

3.1.5 单片机 30

3.1.6 ARM处理器 31

3.2 总线技术 32

3.2.1 片总线 33

3.2.2 内总线 34

3.2.3 外总线 41

3.3 数字量输入输出通道 47

3.3.1 数字量输入通道 47

3.3.2 数字量输出通道 52

3.4 模拟量输入输出通道 56

3.4.1 模拟量输入通道 56

3.4.2 模拟量输出通道 72

3.5 输入输出板卡举例 83

3.5.1 PCI-1710HG板卡简介 83

3.5.2 板卡的基本应用 84

习题 84

第4章 硬件系统仿真技术 86

4.1 Proteus软件概述 86

4.2 Proteus ISIS设计界面 87

4.2.1 基本界面介绍 87

4.2.2 常用基本工具 89

4.3 原理图编辑的基本操作 91

4.3.1 元器件的选取 92

4.3.2 元器件的放置及编辑 93

4.3.3 元器件的连线 95

4.3.4 编辑环境的设置 97

4.3.5 层次原理图设计 99

4.4 系统仿真 104

4.4.1 系统仿真举例 104

4.4.2 常用仿真工具 104

习题 116

第5章 计算机控制系统的控制算法 118

5.1 线性离散系统的Z变换及Z反变换 118

5.1.1 Z变换 119

5.1.2 Z反变换 123

5.2 脉冲传递函数和差分方程 127

5.2.1 离散系统 128

5.2.2 差分方程 128

5.2.3 脉冲传递函数 130

5.3 数字控制器的连续化设计方法 132

5.3.1 数字控制器连续化设计步骤 132

5.3.2 数字PID控制器设计 134

5.3.3 数字PID控制器算法的改进 137

5.3.4 数字PID控制器参数的整定 141

5.4 数字控制器的离散化设计方法 146

5.4.1 数字控制器离散化设计步骤 146

5.4.2 最少拍控制系统的设计 147

5.5 史密斯预估控制 161

5.5.1 史密斯预估控制原理 162

5.5.2 具有纯滞后补偿的数字控制器 162

5.6 串级控制 164

5.6.1 串级控制的结构和原理 164

5.6.2 数字串级控制算法 166

5.6.3 副回路微分先行串级控制算法 167

习题 168

第6章 MATLAB与控制系统仿真 170

6.1 MATLAB软件简介 170

6.1.1 MATLAB的发展历程及特色 170

6.1.2 MATLAB的桌面 170

6.1.3 MATLAB的基本运算 173

6.1.4 程序流程控制 177

6.1.5 MATLAB的绘图 178

6.1.6 Simulink简介 183

6.2 控制系统的建模及模型转换 186

6.2.1 建立数学模型的方法 186

6.2.2 系统的时域模型 186

6.2.3 系统传递函数模型 187

6.2.4 系统状态方程模型 189

6.2.5 系统的零极点模型 190

6.2.6 系统模型的转换 190

6.2.7 系统模型的连接 193

6.3 控制系统的MATLAB仿真 195

6.3.1 控制系统仿真的过程 195

6.3.2 控制系统的计算机仿真 195

习题 200

第7章 数字程序控制技术 201

7.1 数字程序控制基础 201

7.1.1 数控技术的发展 201

7.1.2 数控系统的分类 202

7.1.3 数字程序控制原理 204

7.2 逐点比较法插补原理 205

7.2.1 插补算法的分类 205

7.2.2 逐点比较法插补算法 206

7.3 步进驱动数字程序控制技术 214

7.3.1 步进电机的结构及工作原理 214

7.3.2 步进电机的控制 219

7.3.3 步进电机的振动及失步 226

7.4 其他数字程序控制驱动设备 229

习题 229

第8章 计算机控制系统软件设计 231

8.1 计算机控制系统软件体系结构 231

8.1.1 软件分类 231

8.1.2 计算机控制系统软件要求及功能 232

8.1.3 应用软件的设计流程及方法 233

8.2 系统应用程序设计 234

8.2.1 输入输出软件 234

8.2.2 控制策略软件 236

8.2.3 显示驱动技术 238

8.3 OPC技术 241

8.4 数据处理技术 245

8.4.1 数据预处理技术 246

8.4.2 数字滤波技术 247

8.4.3 非线性处理技术 251

8.4.4 标度变换技术 254

8.4.5 越限报警处理 256

习题 257

第9章 组态软件应用 259

9.1 工业组态软件概述 259

9.1.1 概述 259

9.1.2 组态软件的基本特点 260

9.1.3 典型组态软件介绍 260

9.2 组态王基本功能的实现 261

9.2.1 组态王软件基本组成 261

9.2.2 组态王应用程序建立过程 262

9.2.3 建立一个新项目 262

9.2.4 开发环境——工程浏览器 264

9.2.5 定义外部设备和数据库 268

9.2.6 建立动画连接 274

9.2.7 命令语言程序编写 276

9.2.8 组态王运行系统 276

9.2.9 组态王信息窗口 278

9.2.10 组态王系统安全管理 278

9.3 组态王曲线、控件与报表的应用 279

9.3.1 组态王曲线介绍 279

9.3.2 组态王趋势曲线 280

9.3.3 组态王控件的分析 282

9.3.4 组态王报表系统 285

9.4 组态王的网络应用 289

9.4.1 组态王网络结构概述 289

9.4.2 组态王网络配置及应用 290

习题 293

第10章 计算机控制系统设计与实现 294

10.1 系统设计的原则与步骤 294

10.1.1 计算机控制系统设计原则 294

10.1.2 计算机控制系统设计步骤 296

10.2 系统的工程设计与实施 299

10.2.1 系统总体设计方案 299

10.2.2 硬件设计 300

10.2.3 软件设计 303

10.2.4 系统调试与运行 305

10.3 基于OPC和Simulink的实时过程控制系统设计 307

10.3.1 控制系统的结构 307

10.3.2 控制系统原理 308

10.3.3 PLC程序设计 308

10.3.4 MATLAB/Simulink在线连接 308

10.3.5 建立Simulink实时控制工作空间 310

习题 312

第11章 课程实验 313

11.1 模拟量过程通道和数据采集处理 313

11.1.1 实验目的 313

11.1.2 实验设备 313

11.1.3 实验内容与步骤 313

11.2 数字量过程通道和数据采集处理 314

11.2.1 实验目的 314

11.2.2 实验设备 314

11.2.3 实验内容与步骤 314

11.3 地址译码电路设计 314

11.3.1 实验目的 314

11.3.2 实验设备 315

11.3.3 实验内容与步骤 315

11.4 ADC0808模数转换器硬件设计实验 315

11.4.1 实验目的 315

11.4.2 实验设备 315

11.4.3 实验内容与步骤 315

11.5 采样控制系统分析 317

11.5.1 实验目的 317

11.5.2 实验设备 317

11.5.3 实验内容与步骤 317

11.6 PID调节器参数整定分析 318

11.6.1 实验目的 318

11.6.2 实验设备 318

11.6.3 实验内容与步骤 318

11.7 最少拍控制系统计算机仿真 319

11.7.1 实验目的 319

11.7.2 实验设备 319

11.7.3 实验内容与步骤 319

11.8 组态王软件的组态设计 320

11.8.1 实验目的 320

11.8.2 实验设备 320

11.8.3 实验内容与步骤 320

参考文献 321