1 计算机控制系统概论 1
1.1 计算机控制系统的概念及结构特点 1
1.1.1 计算机控制系统的发展概况 1
1.1.2 计算机控制系统的组成 2
1.1.3 计算机控制系统的结构 3
1.1.4 计算机控制系统的特点 4
1.2 计算机控制系统的分类 4
1.2.1 计算机操作指导控制系统 4
1.2.2 直接数字控制系统 5
1.2.3 监督计算机控制系统 5
1.2.4 集散型控制系统 5
1.2.5 现场总线控制系统 6
1.3 计算机控制系统的主要研究内容及发展前景 7
1.3.1 主要研究内容 7
1.3.2 发展方向及应用前景 10
2 计算机控制系统的理论基础 13
2.1 信息变换原理 13
2.1.1 离散控制系统结构图 13
2.1.2 脉冲采样器和采样过程 14
2.1.3 采样定理和采样周期T的选择 16
2.1.4 信号的恢复和保持器 19
2.2 线性离散控制系统的数学描述方法 20
2.2.1 差分方程 20
2.2.2 Z变换 21
2.2.3 Z变换的基本定理 24
2.2.4 Z反变换 26
2.2.5 用Z变换解差分方程 28
2.3 脉冲传递函数 30
2.3.1 脉冲传递函数的定义 30
2.3.2 脉冲传递函数的求法 31
2.3.3 离散系统结构图的等效变换 33
2.3.4 用脉冲传递函数分析离散系统的性能 36
2.4 线性离散控制系统的稳定性分析 37
2.4.1 线性离散控制系统的稳定性条件 38
2.4.2 w平面上的劳斯判据 39
2.4.3 采样周期T对离散控制系统稳定性的影响 41
2.4.4 放大倍数K对离散控制系统稳定性的影响 42
2.5 线性离散系统的状态空间分析法 44
2.5.1 线性离散系统的状态空间表达式 44
2.5.2 线性离散系统状态方程的求解 45
2.5.3 线性离散系统的传递矩阵及特征方程 47
2.5.4 用离散状态空间法分析系统的稳定性 49
3 数字控制器设计 51
3.1 概述 51
3.2 数字控制器的间接设计法 52
3.2.1 差分近似法 52
3.2.2 双线性变换法 53
3.2.3 阶跃响应与脉冲响应不变法 55
3.2.4 零极点匹配法 55
3.2.5 各种设计方法的比较 56
3.3 比例、积分和微分数字控制器的间接设计法 56
3.3.1 PID控制器算法及离散化 57
3.3.2 PID控制器的几种改进形式 59
3.3.3 PID控制器参数的整定 64
3.4 数字控制器的直接解析法设计 65
3.4.1 解析法设计原理 66
3.4.2 最少拍系统的解析法设计 66
3.4.3 数字控制器D(z)的限制条件 69
3.4.4 最少拍无纹波系统设计 72
3.4.5 有纯滞后对象的D(z)设计 75
3.5 数字控制器的状态反馈设计法 77
3.5.1 状态反馈法设计原理 78
3.5.2 状态反馈法设计举例 79
3.6 模糊控制器设计 80
3.6.1 模糊控制的基本思想 80
3.6.2 模糊控制器的基本结构 81
3.6.3 模糊控制的应用实例 82
3.6.4 模糊控制的进展 84
3.7 神经网络控制器设计 85
3.7.1 神经网络基础 85
8.7.2 典型前向网络(BP网络) 89
8.7.3 神经网络在调整系统中的应用 91
3.8 数字控制器在计算机中的实现 93
3.8.1 直接程序设计法 93
3.8.2 串行程序设计法 93
3.8.3 并行程序设计法 95
4 人机联系与接口技术 97
4.1 信息输入装置 97
4.1.1 电位器输入装置 98
4.1.2 拔码盘输入装置 98
4.1.3 非编码键盘输入装置 100
4.1.4 编码键盘输入装置 105
4.2 信息显示装置 107
4.2.1 发光二极管显示器及接口电路 107
4.2.2 液晶显示器及接口电路 112
4.2.3 图形显示器 114
4.3 键盘显示器典型接口电路 116
4.3.1 串行口硬件译码键盘显示器接口 116
4.3.2 8279键盘显示器接口 119
4.3.3 8279键盘显示器应用及编程方法 123
4.4 微型打印机及接口电路 126
4.4.1 GP16打印机的工作原理 126
4.4.2 MCS-51单片机和GP16的接口电路 128
5 计算机控制系统输入通道配置与接口技术 131
5.1 输入通道的基本组成及特点 131
5.1.1 数字量输入通道 131
5.1.2 模拟量输入通道 133
5.1.3 输入通道的特点 134
5.2 模拟量输入通道的常用器件及电路 134
5.2.1 常用的传感器 134
5.2.2 多路转换开关 143
5.2.3 采样保持器(S/H) 146
5.2.4 模数(A/D)转换器 147
5.2.5 压频(V/F)转换器 151
5.2.6 信号隔离器 154
5.2.7 输入通道中常用放大器 156
5.2.8 电流/电压( I/V)变换器 160
5.3 典型A/D转换器与单片机接口电路 161
5.3.1 ADC0809与MCS-51单片机接口电路 161
5.3.2 MC14433与MCS-51单片机接口电路 164
6 计算机控制系统输出通道配置与接口技术 168
6.1 输出通道的一般结构及特点 168
6.1.1 输出通道的特点 168
6.1.2 输出通道的一般结构 168
6.2 输出通道中常用器件及电路 170
6.2.1 数模(D/A)转换器 170
6.2.2 频压(F/A)转换器 173
6.2.3 电压/电流(V/I)变换器 174
6.2.4 功率开关接口器件及电路 177
6.2.5 数字隔离电路 181
6.2.6 常用执行器 182
6.3 典型数模(D/A)转换器与单片机接口电路 187
6.3.1 DAC0832与MCS-51单片机的接口电路 187
6.3.2 DAC1210与MCS-51单片机的接口电路 190
7 工业控制计算机与现场总线 193
7.1 工控机与工控机系统的硬件组成原理 193
7.1.1 工业控制机的组成 193
7.1.2 工业控制机系统的组成 194
7.2 PC总线工控机 195
7.2.1 PC总线工控机的概念与结构 195
7.2.2 工业控制机I/O接口信号模板 197
7.3 STD总线工控机 206
7.4 工业控制软件 209
7.4.1 概述 209
7.4.2 商品化的工业控制软件 210
7.5 现场总线技术 216
7.5.1 现场总线的概念 216
7.5.2 现场总线标准 218
7.5.3 几种有影响的现场总线 219
8 微型计算机控制系统工程设计 226
8.1 微型计算机控制系统工程设计的方法和步骤 226
8.1.1 系统工程设计的基本要求 226
8.1.2 系统工程设计的特点 227
8.1.3 确定系统总体控制方案 227
8.1.4 建立系统的数学模型并确定控制算法 227
8.1.5 微型机与接口电路的选择 228
8.1.6 系统总体设计 228
8.2 全数字位置随动系统设计 230
8.2.1 系统基本单元设计 230
8.2.2 数字触发器设计 234
8.2.3 数字控制器设计 239
8.2.4 系统的主程序框图及程序清单 239
8.3 全数字双闭环直流调速系统设计 242
8.3.1 系统组成原理 242
8.3.2 系统各单元设计 243
8.3.3 系统动态参数计算 248
8.3.4 系统软件设计 249
8.4 微机控制的恒压调速供水系统设计 249
8.4.1 系统主要单元设计 250
8.4.2 系统软件设计 255
8.5 燃油加热炉工控机系统设计 255
8.5.1 燃油加热炉的工艺及技术要求 255
8.5.2 燃油加热炉微机控制系统组成原理 255
9 微型计算机控制系统的抗干扰技术 259
9.1 干扰的来源及分类 259
9.1.1 干扰的来源 259
9.1.2 干扰的分类 260
9.2 几种主要干扰的硬件抑制方法 262
9.2.1 电源噪声的抑制 262
9.2.2 过程通道干扰的抑制 264
9.2.3 接地技术 267
9.2.4 布线的抗干扰技术 271
9.3 CPU抗干扰技术 272
9.3.1 人工复位 272
9.3.2 掉电保护 273
9.3.3 睡眠抗干扰 273
9.3.4 指令冗余 274
9.3.5 软件陷阱 275
9.3.6 程序运行监控电路 277
9.4 数字信号的软件抗干扰措施 280
9.4.1 数字信号的输入方法 280
9.4.2 数字信号的输出方法 281
9.4.3 数字滤波 282
附录 三字节浮点PID计算子程序清单 285
参考文献 292