第1章 计算机控制系统概述 1
1.1 计算机控制的概念 2
1.2 计算机控制系统的组成 4
1.2.1 计算机控制系统的硬件 4
1.2.2 计算机控制系统的软件 6
1.2.3 计算机控制系统的网络结构 6
1.3 计算机在工业控制中的典型应用 7
1.3.1 数据采集和监视系统 7
1.3.2 直接数字控制系统 8
1.3.3 监督控制系统 8
1.3.4 分布式控制系统 9
1.3.5 工业网络化控制技术 9
1.4 典型工业受控对象 9
1.5 国内外主要计算机控制设备介绍 10
第2章 基本通用接口技术 12
2.1 通用输入输出接口 12
2.1.1 基本可编程并行接口 12
2.1.2 通用可编程串行接口 14
2.2 人机交互设备与计算机的接口 15
2.2.1 键盘和显示器的基本结构和工作原理 15
2.2.2 键盘、静态显示器和单片机串行接口 17
2.2.3 键盘、动态显示器和单片机串行接口 19
2.2.4 键盘、显示器和单片机并行接口 22
2.2.5 微型计算机与CRT显示器接口 26
2.3 打印机、MODEM与微型计算机的接口 29
2.3.1 打印机串行接口 29
2.3.2 打印机并行接口 31
2.3.3 微型计算机与MODEM接口 33
习题与思考题 34
第3章 过程通道和数据采集系统 35
3.1 概述 35
3.1.1 过程通道的组成和功用 35
3.1.2 信号转换中的采样、量化和编码 36
3.1.3 TTL和CMOS电路 39
3.2 模拟量输入通道 39
3.2.1 模拟量输入通道的一般组成 39
3.2.2 多路转换器 40
3.2.3 可编程序放大器 42
3.2.4 采样与保持器 43
3.3 D/A与A/D转换技术 45
3.3.1 D/A转换原理 45
3.3.2 A/D转换原理 46
3.3.3 A/D与D/A转换器的主要技术指标 48
3.4 单片A/D转换器及其与微处理器的接口 51
3.4.1 8位A/D转换器及其接口 51
3.4.2 12位A/D转换器及其接口 54
3.5 数据采集系统 55
3.5.1 数据采集系统的结构方案 55
3.5.2 数据采集系统实例 56
3.6 模拟量输出通道 60
3.6.1 多路模拟量输出通道的结构形式 60
3.6.2 8位D/A转换器及其接口 61
3.6.3 12位D/A转换器及其接口 63
3.6.4 双极性模拟量输出的实现 64
3.7 过程通道的抗干扰措施 66
3.7.1 干扰的来源和干扰的分类 66
3.7.2 常态干扰的抑制 70
3.7.3 共模干扰的抑制 71
3.7.4 其他抗干扰措施 72
3.8 小结 79
习题与思考题 80
第4章 程序控制和数值控制 81
4.1 顺序控制器 81
4.1.1 专用计算机顺序控制器 82
4.1.2 可编程逻辑控制器 90
4.2 开环数值控制 107
4.2.1 数值控制的基本原理 107
4.2.2 逐点比较法插补原理 109
4.3 步进电机的控制 123
4.3.1 步进电机的工作方式 124
4.3.2 步进电机的脉冲分配程序 125
4.3.3 步进电机的速度控制程序 128
4.4 小结 131
习题与思考题 131
第5章 数字PID控制算法 132
5.1 准连续PID控制算法 132
5.1.1 模拟PID调节器 132
5.1.2 数字PID控制算法 134
5.2 对标准PID算法的改进 136
5.2.1 “饱和”作用的抑制 136
5.2.2 干扰的抑制 141
5.2.3 对标准PID算法的改进 143
5.2.4 基于模型的PID算法的改进 144
5.3 PID调节器参数选择 146
5.3.1 凑试法确定PID调节参数 146
5.3.2 实验经验法确定PID调节参数 147
5.3.3 采样周期的选择 149
5.4 应用实例 152
5.4.1 控制系统简介 152
5.4.2 控制系统设计 154
5.4.3 专家自整定PID 155
5.5 小结 155
习题与思考题 156
第6章 数字控制器的直接设计方法 157
6.1 参数优化的低阶控制算法 158
6.2 最少拍数字控制器设计 160
6.3 最少拍随动系统的设计 162
6.3.1 最少拍系统的稳定性设计 162
6.3.2 最少拍随动系统的局限性 168
6.4 最少拍无纹波随动系统的设计 171
6.5 惯性因子法 173
6.6 非最少的有限拍控制 176
6.7 达林算法 177
6.8 小结 181
习题与思考题 181
第7章 模型预测控制算法 183
7.1 概述 183
7.2 动态矩阵控制 185
7.2.1 动态矩阵控制的原理和算法 185
7.2.2 设计参数的选择 192
7.3 动态矩阵控制算法的讨论 196
7.3.1 时滞对象的动态矩阵控制 197
7.3.2 带有前馈的动态矩阵控制 198
7.3.3 动态矩阵-PID串级控制 200
7.3.4 有约束时的动态矩阵控制算法 203
7.4 多变量系统的动态矩阵控制 207
7.4.1 多变量系统的动态矩阵控制算法 207
7.4.2 多变量系统的动态矩阵建模 210
7.5 模型算法控制 212
7.5.1 模型算法控制的基本原理 212
7.5.2 模型算法控制的一步优化算法和多步优化算法 216
7.6 应用实例 219
7.7 小结 221
习题与思考题 222
第8章 计算机控制系统设计 223
8.1 计算机控制系统设计的基本要求和特点 223
8.1.1 系统设计的基本要求 223
8.1.2 系统设计的特点 225
8.2 计算机控制系统设计的一般步骤 225
8.2.1 确定控制任务与系统整体方案 226
8.2.2 选择微处理器和外围设备 226
8.2.3 建模和控制算法确定 227
8.2.4 系统总体方案设计 227
8.2.5 硬件和软件的具体设计 228
8.3 计算机控制系统设计 229
8.3.1 系统的选择和配置 229
8.3.2 总线负载的考虑 230
8.3.3 专用微型计算机系统设计 233
8.4 工业控制系统设计实例 235
8.4.1 温度仪表控制系统 235
8.4.2 锅炉计算机控制系统设计 245
8.4.3 啤酒发酵控制系统设计 249
8.4.4 ControlLogix在转炉控制中的应用 253
8.5 小结 257
习题与思考题 257
第9章 分布式计算机控制系统 258
9.1 概述 258
9.1.1 分布式控制系统概念 258
9.1.2 各类控制系统的特点与比较 259
9.1.3 分布式计算机控制的发展 261
9.1.4 分布式控制系统的组成及体系结构 262
9.2 分布式控制的技术发展 265
9.2.1 分布式控制系统的硬件和软件的发展 266
9.2.2 分布式计算机控制系统网络体系的发展 268
9.2.3 现场总线技术和智能化仪表的发展 269
9.3 分布式计算机控制系统的基本控制器 272
9.4 分布式计算机控制系统和先进控制 275
9.4.1 控制系统的功能层次结构 275
9.4.2 先进控制 278
9.4.3 先进控制技术的应用 286
9.5 分布式计算机控制系统的应用 288
9.5.1 分布式控制系统在水和水处理方面的应用 288
9.5.2 分布式控制系统在轨道交通自动化方面的应用 291
9.6 小结 293
习题与思考题 293
第10章 工业网络化控制技术及应用 294
10.1 概述 294
10.2 现场总线概述 296
10.2.1 现场总线原理和发展概况 296
10.2.2 现场总线的实质 297
10.2.3 现场总线的结构 299
10.2.4 几种典型的现场总线 301
10.3 工业以太网概述 319
10.3.1 工业以太网概述 319
10.3.2 几种典型的工业以太网 322
10.4 工业网络化控制系统体系结构 333
习题与思考题 334
第11章 计算机控制系统软件技术及应用 335
11.1 计算机控制系统软件概述 335
11.1.1 计算机控制系统软件组成简介 336
11.1.2 软件工程设计方法 336
11.2 工业控制软件介绍 345
11.2.1 现场控制软件 345
11.2.2 过程监控软件 349
11.2.3 系统管理软件 351
11.3 组态软件设计概述 354
11.3.1 组态软件的基本功能 355
11.3.2 组态软件的主要特点 355
11.3.3 组态软件的组成结构 355
11.3.4 组态软件国内外产品介绍 356
11.3.5 组态软件程序设计 358
11.4 控制系统软件在水处理中的应用案例 362
11.5 小结 365
习题与思考题 365
附录 采样系统的Z变换 366
参考文献 372