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第1章　绪论 1

1.1 自动控制系统的一般形式 1

1.2　计算机控制系统的一般概念与组成 2

1.2.1　计算机控制系统的一般概念 2

1.2.2　计算机控制系统的组成 2

1.3　工业控制计算机的特点 4

1.4　计算机控制系统的分类 5

1.4.1　操作指导控制系统 5

1.4.2　直接数字控制系统 6

1.4.3　监督计算机控制系统 6

1.4.4　集散控制系统 7

1.4.5　计算机集成制造系统 8

1.4.6　现场总线控制系统 9

1.4.7　嵌入式控制系统 10

1.5　计算机控制系统的发展概况与趋势 11

1.5.1　计算机控制系统的发展概况 11

1.5.2　计算机控制系统的发展趋势 11

习题1 13

第2章　过程输入输出通道 15

2.1　信号的采样与恢复 15

2.1.1　信号的采样过程 15

2.1.2　采样定理 17

2.1.3　信息的恢复过程和零阶保持器 19

2.2　模拟量输入通道 21

2.2.1　模拟量输入通道的一般组成 21

2.2.2 A/D转换器接口逻辑设计要点 30

2.2.3　典型A/D转换器与微机的接口设计 30

2.3　模拟量输出通道 49

2.3.1　模拟量输出通道的结构形式 49

2.3.2 D/A转换器的结构特性与应用特性 50

2.3.3 D/A转换器与微机的接口设计 50

2.4　数字量输入输出通道 64

2.4.1　数字量输入通道 64

2.4.2　数字量输出通道 65

2.4.3　数字量输入输出通道设计 68

习题2 69

第3章 常用应用程序设计 72

3.1　数字滤波 72

3.1.1　程序判断滤波 72

3.1.2　算术平均值滤波 74

3.1.3　加权平均值滤波 76

3.1.4　中值滤波 76

3.1.5　去极值平均滤波 77

3.1.6　滑动平均滤波 78

3.1.7　低通数字滤波 79

3.1.8　复合滤波程序 79

3.2　标度变换 80

3.2.1　线性参数标度变换 80

3.2.2　非线性参数标度变换 81

3.3　越限报警 82

3.3.1　软件报警程序设计 82

3.3.2　直接报警程序设计 84

3.4　键盘控制程序 85

3.4.1　键盘的组成、特点及消除抖动的措施 85

3.4.2　独立式按键接口技术 86

3.4.3　矩阵式键盘接口技术 88

3.4.4　双功能键的设计及重键处理技术 93

3.5　显示程序设计 94

3.5.1　LED显示器接口技术 94

3.5.2 LCD显示器接口技术 102

习题3 105

第4章　计算机控制系统特性分析 107

4.1 离散系统 107

4.1.1　采样控制系统 108

4.1.2　数字控制系统 108

4.1.3　计算机控制系统与采样控制系统的关系 110

4.1.4　离散控制系统的特点 110

4.1.5　离散系统的分类 110

4.2　计算机控制系统的稳定性分析 111

4.2.1 Z变换与拉普拉斯变换的对比 111

4.2.2 S平面与Z平面的映射关系 112

4.2.3　离散系统的稳定域 113

4.2.4　劳斯稳定判据在离散系统的应用 114

4.3　计算机控制系统的动态响应分析 118

4.3.1 Z平面上极点分布与单位脉冲响应的关系 119

4.3.2　用脉冲传递函数分析离散系统的动态特性 121

4.4　计算机控制系统的稳态误差分析 123

4.4.1 Z变换终值定理法求稳态误差 124

4.4.2　典型输入信号作用下的稳态误差分析 124

习题4 128

第5章 数字PID及其算法 131

5.1 PID算法的离散化 131

5.2　位置式PID算法 132

5.3　增量式PID算法 132

5.4　数字PID算法的改进 133

5.4.1　积分分离PID算法 133

5.4.2　不完全微分PID算法 134

5.4.3　变速积分PID算法 135

5.4.4　带死区的PID算法 136

5.4.5 PID比率控制 137

5.5 PID算法程序的实现 137

5.5.1　位置式PID算法的程序设计 137

5.5.2　增量式PID算法的程序设计 137

5.5.3　积分分离PID算法的程序设计 138

5.6　数字PID算法的参数整定 139

5.6.1　采样周期T的确定 139

5.6.2　扩充临界比例度法 140

5.6.3　扩充响应曲线法 141

5.6.4　归一参数整定法 142

5.6.5　优选法 142

习题5 142

第6章　直接数字控制 144

6.1 最少拍计算机控制系统的设计 144

6.1.1　最少拍控制系统数字控制器分析 144

6.1.2　最少拍控制系统数字控制器的设计 148

6.2　最少拍无纹波计算机控制系统的设计 154

6.2.1　单位阶跃输入最少拍无纹波系统的设计 154

6.2.2　单位速度输入最少拍无纹波系统的设计 155

6.2.3　最少拍无纹波系统设计举例 155

6.3　大林算法 162

6.3.1　大林算法的D（z）基本形式 162

6.3.2　振铃现象及其消除方法 164

6.3.3　大林算法的设计步骤 167

6.4　数字控制器D（z）的实现方法 168

6.4.1　直接程序设计法 168

6.4.2　串行程序设计法 169

6.4.3　并行程序设计法 171

6.4.4　数字控制器的设计 172

习题6 173

第7章　计算机控制系统的可靠性与抗干扰技术 176

7.1 可靠性与抗干扰技术概述 176

7.1.1 干扰窜入计算机控制系统的主要途径 176

7.1.2　干扰的耦合方式 177

7.2　计算机控制系统的硬件抗干扰技术 178

7.2.1　过程通道干扰的抑制 179

7.2.2　反射波干扰的抑制 182

7.2.3　空间干扰的抑制 184

7.2.4 RAM数据掉电保护 185

7.3　计算机控制系统的接地和电源保护技术 186

7.3.1　计算机控制系统的接地技术 186

7.3.2　计算机控制系统的电源保护技术 188

7.4　计算机控制系统的软件抗干扰技术 189

7.4.1　指令冗余技术 189

7.4.2　软件陷阱技术 190

7.4.3　故障自动恢复处理程序 193

7.4.4 watchdog技术 195

习题7 196

第8章　计算机控制系统的设计与实现 198

8.1 系统设计的基本要求和特点 198

8.1.1 系统设计的基本要求 198

8.1.2　系统设计的特点 199

8.2　计算机控制系统的设计方法及步骤 200

8.2.1　控制系统总体方案的确定 200

8.2.2　计算机及接口的选择 201

8.2.3　控制算法的选择 202

8.2.4　控制系统的硬件设计 202

8.2.5　控制系统的软件设计 204

8.2.6　计算机控制系统的调试 205

8.3　仪器用温箱温度控制系统 205

8.3.1　温度控制系统的组成 205

8.3.2　温度控制系统的硬件设计 205

8.3.3　数字控制器的数学模型 211

8.3.4　温度控制系统的软件设计 211

8.4　产品自动装箱控制系统 217

8.4.1　产品自动装箱控制系统的原理及操作流程 217

8.4.2　产品自动装箱控制系统的硬件设计 218

8.4.3　产品自动装箱控制系统的软件设计 220

8.5 自动剪切机控制系统 227

8.5.1 自动剪切机的组成及工作过程 227

8.5.2　自动剪切机控制系统的硬件设计 228

8.5.3 自动剪切机控制系统的软件设计 230

习题8 232

参考文献 235