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目录 1

第1章 自动控制系统的基本概念 1

1.1 自动控制系统的基本概念 2

1.1.1 自控系统的工作原理 2

1.1.2 自动控制的基本方式 5

1.1.3 对控制系统的基本要求 6

1.2 计算机控制系统的一般构成 7

1.2.1 一般概念 7

1.2.2 计算机控制系统的组成 8

1.2.3 微机控制系统的分类 10

1.3 计算机控制系统的发展 15

小结 16

习题 16

第2章 自动控制系统分析基础 18

2.1 控制系统的数学模型 18

2.1.1 系统微分方程的建立 18

2.1.2 非线性微分方程的线性化 20

2.1.3 微分方程的解 21

2.2 传递函数 24

2.2.1 传递函数的概念及定义 25

2.2.2 传递函数的基本性质 26

2.2.3 结构图等效变换及系统的传递函数 28

习题 37

小结 37

第3章 连续控制系统的分析与设计 39

3.1 系统响应指标与输入信号 39

3.1.1 系统的性能指标 39

3.1.2 典型输入信号 40

3.2 时域分析法 41

3.2.1 系统的阶跃响应分析 42

3.2.2 控制系统的稳定性 49

3.2.3 反馈控制系统的稳态误差 53

3.3.1 频率响应的基本概念 59

3.3 频率响应分析法 59

3.3.2 典型环节的频率特性 61

3.3.3 开环系统的频率特性 66

3.3.4 频率法分析系统的稳定性和性能指标 69

3.4 用频率法校正系统 72

3.4.1 校正与综合的基本概念 72

3.4.2 综合设计的主要方法 75

小结 77

习题 77

4.1.2 过程通道的作用与分类 81

4.1.1 数据采集系统的构成 81

第4章 数据采集系统设计 81

4.1 概述 81

4.2 模拟量输入通道 82

4.2.1 信号的采样和量化 82

4.2.2 模拟量输入通道的组成 84

4.2.3 A/D转换器及其接口技术 86

4.3 模拟量输出通道 93

4.3.1 模拟量输出通道的结构形式 93

4.3.2 D/A转换器及其接口技术 94

4.4.1 数字量输入通道 99

4.4 数字量输入输出通道 99

4.4.2 数字量输出通道 100

4.5 数据处理与滤波 101

4.5.1 线性化处理 101

4.5.2 标度变换 102

4.5.3 数字滤波 103

小结 106

习题 107

5.1.1 顺序控制器概述 108

5.1.2 继电器控制逻辑与梯形图 108

第5章 顺序与数字程序控制 108

5.1 顺序控制与可编程序控制器 108

5.1.3 PLC及其简单应用 111

5.2 开环数字程序控制 114

5.2.1 开环数字控制原理 114

5.2.2 平面直线插补算法 116

5.2.3 四象限直线插补算法 120

5.3 平面圆弧插补算法 120

5.3.1 第一象限圆弧插补算法与实现 120

5.3.2 四象限圆弧插补计算公式 124

习题 126

小结 126

第6章 数字控制器的模拟化设计 128

6.1 概述 128

6.1.1 数字控制器的设计方法 128

6.1.2 差分变换法 128

6.2 数字PID控制器的设计 130

6.2.1 模拟PID控制器 130

6.2.2 数字PID控制器 131

6.3 数字PID控制算法的改进 133

6.3.1 抑制积分饱和的PID算法 133

6.3.2 不完全微分的PID算法 134

6.3.3 微分先行PID算法 136

6.3.4 纯滞后的补偿算法 137

6.3.5 带死区的PID控制 138

6.3.6 时间最优PID控制 138

6.4 PID控制器的参数整定 139

6.4.1 采样周期T的选择原则 139

6.4.2 用扩充临界比例度法选择PID参数 140

6.4.3 用扩充响应曲线法选择PID参数 140

6.4.4 PID归一参数整定法 141

小结 142

习题 142

6.4.5 凑试法确定PID参数 142

第7章 离散控制系统设计 144

7.1 离散系统分析基础 144

7.1.1 Z变换及性质 144

7.1.2 Z反变换 149

7.1.3 用Z变换解差分方程 153

7.1.4 脉冲传递函数及方框图分析 155

7.2 离散系统性能分析 160

7.2.1 s域到z域的变换 160

7.2.2 离散系统稳定性及稳定条件 161

7.2.3 参数对稳定性影响 162

7.2.4 采样系统的动态特性分析 163

7.3 数字控制器直接设计 165

7.3.1 直接数字控制器的脉冲传递函数 165

7.3.2 最少拍有波纹控制器设计 166

7.3.3 最少拍无波纹控制器设计 173

7.4 大林（Dahlin）算法 174

7.4.1 一阶被控对象的大林算法 175

7.4.2 二阶被控对象的大林算法 175

7.4.3 振铃现象及其抑制 176

7.5 数字控制器D（z）算法实现 178

7.5.1 直接程序设计 178

7.5.2 串行程序设计 180

7.5.3 并行程序设计 182

小结 184

习题 184

第8章 计算机控制系统设计与实现 187

8.1 概述 187

8.2 系统设计的原则与步骤 188

8.2.1 计算机应用系统的一般构成 188

8.2.2 应用系统的设计原则和要求 190

8.2.3 系统设计的基本内容和步骤 192

8.3.1 系统总体方案设计 198

8.3 系统的工程设计与实现 198

8.3.2 硬件的工程设计与实现 200

8.3.3 软件的工程设计与实现 202

8.3.4 系统的调试与运行 204

8.4 计算机控制系统设计实例 206

8.4.1 城市交通管理控制系统分析与设计 206

8.4.2 啤酒发酵过程计算机控制系统 210

小结 215

习题 215

9.1 集散控制系统 216

9.1.1 概述 216

第9章 工业控制网络 216

9.1.2 集散系统的基本结构 218

9.1.3 集散系统的特点 221

9.1.4 集散系统的发展方向与趋势 221

9.2 现场总线概述 222

9.2.1 现场总线的含义 222

9.2.2 现场总线对自动化领域的变革 224

9.2.3 现场总线产生的原因 224

9.2.4 现场总线发展过程 225

9.2.5 现场总线的设备 226

9.3.2 LONWORKS(Local Operating Networks) 227

9.3 五种有影响的现场总线 227

9.3.1 FF(Foundation Fieldbus) 227

9.3.3 PROFIBUS(Process Fieldbus) 228

9.3.4 CAN(Control Area Network) 228

9.3.5 HART(Highway Addressable Remote Transducer) 229

9.4 OSI参考模型与现场总线通信模型 230

9.4.1 基金会现场总线通信模型 230

9.4.2 LONWORKS通信模型 231

9.4.3 PROFIBUS通信模型 231

9.5 FF现场总线技术 232

9.5.1 物理层（Physical Layer） 232

9.4.5 HART通信模型 232

9.4.4 CAN通信模型 232

9.5.2 数据链路层（Data Link Layer） 236

9.5.3 应用层（Application Layer） 238

9.5.4 用户层（User Layer） 240

9.6 现场总线控制系统设计 244

小结 247

习题 247

附录 部分函数的Z变换、拉氏变换表 248

参考文献 249