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第一章 绪论 1

1.1计算机控制系统概述 1

1.1.1计算机在控制领域中的应用 1

1.1.2计算机控制的一般概念 1

1.1.3计算机控制系统的特点 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组成 3

1.2.2计算机控制系统的软件组成 5

1.3计算机控制系统的分类与应用 5

1.3.1计算机控制系统的分类 5

1.3.2典型计算机控制系统简介 8

1.3.3常用的计算机控制设备 11

1.4计算机控制系统的发展 12

1.4.1计算机控制系统的发展过程 12

1.4.2计算机控制系统的发展趋势 12

1.5本课程的学习方法 14

1.5.1本课程的特点 14

1.5.2关于创新学习的探讨 17

思考与练习 19

第二章 计算机控制系统的硬件设计 20

2.1控制用计算机简介 20

2.1.1工业控制计算机 20

2.1.2可编程序控制器 22

2.1.3单片机与嵌入式控制器 23

2.1.4数字信号处理器DSP 25

2.1.5 ARM处理器 26

2.2数字量输入输出通道设计 28

2.2.1数字量输入通道设计 28

2.2.2数字量输出通道设计 31

2.2.3应用实例 34

2.3模拟量输入通道设计 36

2.3.1模拟量输入通道的结构形式 37

2.3.2模拟量输入通道的信号调理电路 38

2.3.3模拟量输入通道的接口 41

2.3.4模拟量输入通道的设计与实例 47

2.4模拟量输出通道设计 51

2.4.1模拟量输出通道的结构形式 51

2.4.2 D/A转换器及其接口 52

2.4.3模拟量输出通道信号调理电路 57

2.5常用工控机总线标准 59

2.5.1 STD总线 60

2.5.2 PC总线 61

2.6工业控制的输入输出接口模板 69

2.6.1工业控制系统I/O模板简介 70

2.6.2输入输出模板的选择 72

思考与练习 72

第三章 计算机控制系统的模拟化设计方法 74

3.1模拟化设计方法的基本原理 74

3.1.1计算机控制系统模拟化设计步骤 74

3.1.2采样周期的选择 77

3.1.3模拟控制器离散化方法 79

3.1.4设计示例 83

3.2数字PID控制算法 86

3.2.1标准数字PID控制算法 86

3.2.2改进的数字PID控制算法 94

3.2.3数字PID控制方式的选择与参数整定 100

3.3 Simth纯滞后补偿控制算法 106

3.3.1纯滞后对系统控制品质的影响 106

3.3.2 Smith补偿控制原理 107

3.3.3 Smith补偿器的计算机实现 109

思考与练习 111

第四章 计算机控制系统的离散化设计方法 114

4.1引言 114

4.2最少拍控制系统的设计 117

4.2.1最少拍闭环脉冲传递函数的确定 118

4.2.2最少拍控制器D（z）的确定 119

4.2.3设计示例 120

4.3 Dahlin控制算法 122

4.3.1 Dahlin控制器D（z）的基本形式 122

4.3.2振铃现象及消除方法 124

4.3.3 Dahlin算法的设计步骤 127

思考与练习 128

第五章 计算机控制系统应用软件设计 129

5.1计算机控制系统软件概述 129

5.1.1计算机控制系统应用软件的组成 129

5.1.2应用软件设计的特点 130

5.1.3应用软件设计的基本步骤 131

5.1.4应用程序设计方法 132

5.2计算机控制系统的数据处理 134

5.2.1线性化处理 134

5.2.2标度变换 137

5.2.3数字滤波 139

5.3工业控制软件 144

5.3.1概述 144

5.3.2 MCGS组态软件的功能和特点 146

5.3.3 MCGS组态软件的系统构成 147

5.3.4组建工程的过程 148

思考与练习 151

第六章 计算机控制系统的抗干扰技术 153

6.1工业现场的干扰及其对控制系统的影响 153

6.1.1干扰的来源及作用途径 153

6.1.2干扰的作用形式 154

6.2硬件抗干扰技术 154

6.2.1共模干扰的抑制 155

6.2.2串模干扰的抑制 157

6.2.3长线传输干扰的抑制 158

6.2.4印刷电路板抗干扰措施 160

6.3软件抗干扰技术 161

6.3.1软件故障的表现形式 162

6.3.2输入/输出软件抗干扰措施 162

6.3.3程序运行失常的软件抗干扰措施 163

6.4接地技术 164

6.4.1计算机控制系统中的地线 164

6.4.2常用的接地方法 164

6.5电源系统的抗干扰技术 165

6.5.1抗干扰稳压电源的设计 166

6.5.2电源系统的异常保护 167

思考与练习 170

第七章 计算机控制系统的工程设计与实现 171

7.1计算机控制系统设计原则与步骤 171

7.1.1计算机控制系统的设计原则 171

7.1.2计算机控制系统设计步骤 173

7.2计算机控制系统的工程设计与实现 175

7.2.1计算机控制系统的总体方案设计 175

7.2.2硬件的工程设计与实现 176

7.2.3软件的工程设计与实现 178

7.2.4控制系统的调试与运行 181

7.3电阻炉温度计算机控制系统设计 183

7.3.1电阻炉及其控制要求 183

7.3.2系统总体方案设计 184

7.3.3系统硬件和软件设计 185

7.4变频恒压供水计算机控制系统设计 194

7.4.1变频恒压供水控制系统工艺及技术要求 195

7.4.2系统总体方案设计 196

7.4.3硬件系统与软件系统设计 199

7.4.4系统调试与运行 205

7.5直流电机调速数字控制系统设计 208

7.5.1计算机控制直流电机调速系统及技术要求 208

7.5.2系统总体方案设计 208

7.5.3硬件系统与软件系统设计 210

7.5.4系统调试运行 214

思考与练习 216

第八章 计算机数控技术 217

8.1数控技术的概述 217

8.1.1数控技术的基本概念 217

8.1.2数控系统的基本分类 217

8.1.3数控系统的组成 219

8.2步进电机的控制技术 220

8.2.1步进电机的工作原理 220

8.2.2步进电机的工作方式 222

8.2.3步进电机微机控制技术 223

8.2.4步进电机速度控制方法 229

8.2.5步进电机的细分技术 232

8.3逐点比较法插补原理 233

8.3.1逐点比较插补法定义 233

8.3.2逐点比较法直线插补运算 233

8.3.3逐点比较法圆弧插补运算 237

思考与练习 242

第九章 提高计算机控制系统可靠性措施 243

9.1计算机控制系统可靠性的基本概念 243

9.1.1可靠性的基本概念 243

9.1.2衡量可靠性的几个主要指标 244

9.1.3提高系统可靠性的途径 245

9.2提高硬件可靠性措施 245

9.2.1元器件的正确选用 245

9.2.2系统结构的简化 246

9.2.3系统的冗余设计 246

9.3提高软件可靠性措施 247

9.3.1影响软件可靠性的因素 247

9.3.2提高可靠性的措施 248

9.4控制系统的故障自诊断 250

9.4.1故障自诊断技术概述 250

9.4.2故障自诊断方法简介 251

9.4.3计算机控制系统在线故障自诊断的方法 251

思考与练习 253

第十章 基于网络技术的计算机控制系统 254

10.1网络控制技术概述 254

10.1.1网络控制系统的基本概念 254

10.1.2控制网络与信息网络的区别 256

10.1.3网络控制系统的发展状况 256

10.2集散控制系统（DCS ） 257

10.2.1集散控制系统的基本组成 257

10.2.2集散控制系统的特点 258

10.2.3集散控制系统的结构 260

10.2.4集散控制系统的基本类型 266

10.3现场总线控制系统（FCS） 272

10.3.1现场总线概述 272

10.3.2典型的现场总线 275

10.3.3现场总线控制系统概述 278

10.3.4现场总线控制系统的应用 280

思考与练习 283

附录 常用的Z变换 284

参考文献 286