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1绪论 1

1.1计算机控制系统概况 1

1.1.1计算机控制系统的一般概念 2

1.1.2计算机控制系统的特点 3

1.1.3计算机控制系统的性能指标 5

1.2计算机控制系统的组成和分类 6

1.2.1计算机控制系统的组成 8

1.2.2计算机控制系统的分类 8

1.3计算机控制系统的发展概况及趋势 12

1.3.1计算机控制系统的发展概况 12

1.3.2计算机控制系统的发展趋势 12

本章小结 15

思考与练习 15

2输入／输出过程通道与接口技术 16

2.1模拟量输出通道 16

2.1.1模拟量输出通道的结构形式 16

2.1.2 D/A转换器原理及器件 17

2.1.3 D/A转换器接口技术 20

2.1.4 D/A转换模板的标准化设计 22

2.2模拟量输入通道 27

2.2.1模拟量输入通道的结构形式 27

2.2.2 A/D转换器原理及器件 29

2.2.3 A/D转换器接口技术 34

2.2.4 A/D转换模板的标准化设计 36

2.3数字量输入／输出通道 41

2.3.1数字量输入／输出通道的一般结构 41

2.3.2数字量输入通道 42

2.3.3数字量输出通道 44

2.4人机接口技术 50

2.4.1键盘接口技术 50

2.4.2显示器接口技术 57

本章小结 67

思考与练习 67

3计算机控制基础理论 69

3.1计算机控制系统的信号变换理论 69

3.1.1计算机控制系统的信号形式 69

3.1.2信号的采样、量化、恢复及保持 70

3.2计算机控制系统的数学描述 73

3.2.1 z变换与z反变换 74

3.2.2线性定常离散系统的差分方程及其求解 79

3.2.3计算机控制系统的脉冲传递函数 81

3.2.4s平面到z平面的映射 85

3.3连续系统的离散化方法及特点 86

3.4离散控制系统的特性分析 90

3.4.1离散控制系统的稳定性分析 90

3.4.2离散控制系统的过渡过程分析 93

3.4.3离散控制系统的稳态误差分析 95

3.4.4线性定常离散控制系统的可控性、可观性和可达性 97

3.5离散控制系统的根轨迹设计法和频域设计法 102

3.5.1 z平面根轨迹设计法 102

3.5.2频域设计法 104

本章小结 106

思考与练习 107

4计算机控制系统的常规控制策略 109

4.1数字PID控制算法 109

4.1.1 PID控制规律及其调节作用 110

4.1.2标准数字PID控制算法 111

4.1.3数字PID控制算法的改进 112

4.1.4数字PID参数的整定 118

4.2数字控制器的直接设计方法 122

4.2.1最少拍控制系统的设计 122

4.2.2最少拍无纹波系统的设计 127

4.2.3关于最少拍系统的讨论 131

4.3纯滞后对象的控制算法 133

4.3.1达林算法 133

4.3.2 Smith预估算法 139

本章小结 142

思考与练习 143

5伺服装置与数字控制系统 145

5.1步进开环驱动装置 146

5.1.1步进电动机的工作原理 147

5.1.2步进电动机供电方式 150

5.1.3步进电动机数字驱动技术 151

5.1.4步进电动机的一些基本参数及术语 155

5.2交流伺服闭环执行机构 156

5.2.1高性能三相永磁同步伺服电动机 157

5.2.2位置环 158

5.2.3光电编码器 159

5.2.4矢量控制 161

5.2.5多功能微机控制 162

5.3数字程序控制技术 164

5.3.1数字程序控制原理 165

5.3.2逐点比较法 166

5.3.3进给速度的计算和加减速控制 172

5.3.4数字控制系统的应用案例 175

本章小结 178

思考与练习 179

6计算机控制系统的新型控制策略 180

6.1智能控制研究现状 180

6.2模糊控制 182

6.2.1模糊控制理论基础 182

6.2.2模糊控制系统的原理与设计过程 185

6.2.3模糊控制在电饭锅中的应用 186

6.3神经控制 190

6.3.1神经网络系统模型 190

6.3.2 BP网络 192

6.3.3神经网络控制的结构 195

6.3.4神经控制在复杂系统中的应用 196

6.4遗传控制 199

6.4.1遗传算法基础理论 199

6.4.2遗传算法的改进策略 202

6.4.3遗传算法在模糊控制中的应用 205

6.5专家控制 207

6.5.1专家系统基本概念 207

6.5.2专家控制器的原理和结构 208

6.5.3专家控制系统的设计与应用 209

6.6其他先进控制技术 212

6.6.1自适应控制 212

6.6.2鲁棒控制 214

6.6.3预测控制 214

6.6.4量子控制 215

本章小结 218

思考与练习 218

7控制网络技术及现场总线 220

7.1控制网络技术概述 220

7.1.1控制网络与信息网络的区别 220

7.1.2企业计算机网络的层次模型 221

7.1.3控制网络的类型及其相互关系 221

7.2计算机网络 222

7.2.1计算机网络的定义 222

7.2.2计算机网络的功能与分类 223

7.2.3计算机网络体系结构 226

7.3现场总线控制系统技术 227

7.3.1现场总线概述 227

7.3.2现场总线标准 233

7.3.3现场总线的体系结构 238

7.3.4典型现场总线简介 239

7.3.5 CAN总线 243

7.3.6现场总线控制系统性能分析 255

7.4计算机控制系统总线简介 256

7.4.1总线的概念及分类 256

7.4.2内部总线 256

7.4.3外部总线 260

7.5工业控制组态软件技术 262

本章小结 265

思考与练习 266

8计算机控制系统的设计与实现 267

8.1计算机控制系统的设计原则与步骤 267

8.1.1系统设计原则 267

8.1.2系统设计步骤 268

8.2系统的工程设计与实现 271

8.2.1系统总体方案设计 271

8.2.2硬件的工程设计与实现 273

8.2.3软件的工程设计与实现 275

8.2.4系统的调试与运行 278

8.3计算机控制系统可靠性设计 280

8.3.1干扰的形成与分类 280

8.3.2硬件抗干扰技术 281

8.3.3软件抗干扰技术 284

8.4计算机控制系统设计实例 290

8.4.1纸机的转速和纸长计算机控制系统 290

8.4.2预加水成球模糊逻辑控制系统 296

本章小结 305

思考与练习 305

附录 课程设计实例 306

实例1烘箱温度计算机控制系统设计 306

实例2 PID控制算法的MATLAB仿真研究 308

实例3微型步进电动机控制系统设计 311

实例4神经网络用于英文字母的特征识别 314

实例5遗传算法在函数优化中的应用 318

参考文献 323