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第1章 计算机控制系统概述 1

1.1计算机控制系统的概念 1

1.1.1基本概念和组成 1

1.1.2计算机控制系统的功能与特点 5

1.1.3计算机控制系统的工作过程与方式 7

1.2计算机控制系统的分类 8

1.2.1操作指导控制系统 8

1.2.2直接数字控制系统 9

1.2.3监督控制系统 9

1.2.4分布式控制系统 10

1.2.5现场总线控制系统 11

1.3计算机控制系统的发展趋势 13

1.3.1推广应用成熟的先进技术 13

1.3.2大力研究和发展智能控制系统 13

习题与思考题 14

第2章 计算机控制的理论基础 15

2.1概述 15

2.2采样过程 16

2.2.1信号类型及系统类型 16

2.2.2采样与保持分析 17

2.2.3采样定理 21

2.2.4采样周期的选择 23

2.3数字控制设计基础 23

2.3.1差分方程 23

2.3.2z变换及其特性 25

2.3.3输入信号分析 29

2.3.4脉冲传递函数 29

2.3.5离散系统分析 35

2.3.6 MATLAB仿真与分析 47

2.4离散化方法 50

2.4.1欧拉方法 50

2.4.2零极点匹配等效方法 51

2.4.3z变换法 51

2.4.4保持器等效方法 52

2.5数字控制器设计方法 52

2.5.1模拟化设计方法 53

2.5.2直接数字设计方法 54

2.5.3 MATLAB仿真 55

2.6本章小结 58

习题与思考题 58

第3章 过程通道 60

3.1概述 60

3.1.1过程通道的分类 60

3.1.2过程通道的功能 61

3.2模拟量输入通道 61

3.2.1模拟量输入通道的组成和结构形式 61

3.2.2信号调理电路 62

3.2.3多路转换器 65

3.2.4采样保持器 67

3.2.5 A/D转换器 68

3.2.6 A/D转换器与计算机的接口设计及仿真 73

3.3模拟量输出通道 82

3.3.1模拟量输出通道的组成和结构形式 82

3.3.2 D/A转换器 83

3.3.3 D/A转换器与计算机的接口设计及仿真 88

3.4数字量输入输出通道 94

3.4.1数字量输入通道 94

3.4.2数字量输出通道 95

3.4.3数字量输入输出通道设计实例 97

3.5数据处理和数字滤波 98

3.5.1线性化处理 99

3.5.2标度变换 100

3.5.3数字滤波及MATLAB仿真 101

3.6过程通道的可靠性措施 106

3.6.1系统干扰与可靠性问题 106

3.6.2过程通道设计中的可靠性措施 107

3.7本章小结 109

习题与思考题 109

第4章 常用的计算机控制算法 111

4.1概述 111

4.2数字PI D控制 112

4.2.1模拟PID控制及仿真 112

4.2.2数字PID控制及仿真 116

4.2.3 PID控制的参数整定及仿真 135

4.2.4 PID控制算法的计算机实现 140

4.3最少拍控制 145

4.3.1最少拍伺服系统的控制规律 145

4.3.2最小拍控制器的设计及仿真 145

4.3.3最少拍无纹波控制器的设计及仿真 154

4.4纯滞后补偿控制 155

4.4.1纯滞后现象 155

4.4.2大林算法及仿真 156

4.4.3 Smith预估控制及仿真 161

4.5数字控制器的实现方法 168

4.5.1直接程序设计法 168

4.5.2串行程序设计法 169

4.5.3并行程序设计法 170

4.5.4数字控制器的设计步骤 172

4.6本章小结 172

习题与思考题 172

第5章 网络控制系统 174

5.1网络控制系统概述 174

5.1.1计算机网络 174

5.1.2基于网络的控制 177

5.1.3网络控制系统的发展状况 179

5.2分布式控制系统 180

5.2.1 DCS的体系结构与特点 180

5.2.2 DCS的分散过程控制级 182

5.2.3 DCS的集中操作监控级 184

5.2.4 DCS的综合信息管理级 186

5.3现场总线控制系统 189

5.3.1现场总线的技术特点 189

5.3.2现场总线的OSI模型 190

5.3.3五种典型的现场总线 194

5.3.4现场总线控制系统的设计方法 196

5.4工业以太网控制系统 198

5.4.1工业以太网的技术特点 198

5.4.2工业以太网控制系统的设计方法 201

5.5本章小结 203

习题与思考题 204

第6章 计算机控制系统设计 205

6.1计算机控制系统的设计方法及步骤 205

6.1.1概述 205

6.1.2控制系统总体方案的确定 207

6.1.3控制用微型计算机的选择 210

6.1.4建立数学模型，确定控制策略和控制算法 211

6.1.5控制系统硬件设计 211

6.1.6控制系统软件设计 214

6.1.7计算机控制系统的调试 215

6.2设计实例1 （DDC控制系统）——湿热试验箱控制系统 217

6.2.1湿热试验系统简介 217

6.2.2系统设计 218

6.3设计实例2（现场总线控制系统）——列车试风试验控制系统 222

6.3.1系统概况 222

6.3.2系统设计 222

6.4设计实例3（工业以太网控制系统）——公路隧道监控系统 227

6.4.1系统概况及功能要求 227

6.4.2系统设计 228

6.5本章小结 232

习题与思考题 232

附录 常用函数z变换表 233

参考文献 234