第一章 绪论 1
1.1 机电一体化与电气装备 1
1.2 计算机控制系统中的计算机 3
1.3 计算机控制系统的组成 5
1.4 计算机控制系统的分类与特点 7
1.4.1 计算机控制系统的分类 7
1.4.2 计算机控制系统的特点 8
第二章 输入通道及其中的硬件 11
2.1 数字量输入通道 11
2.1.1 数字量输入通道的结构 11
2.1.2 数字量的信号调理 12
2.2 数字式传感器 14
2.2.1 增量式光电编码器 15
2.2.2 绝对式光电编码器 17
2.2.3 开关量传感器 19
2.3 A/D转换 20
2.3.1 逐次逼近型A/D转换器原理 20
2.3.2 A/D转换器的主要性能指标 21
2.3.3 A/D转换器的选择原则 22
2.3.4 A/D转换器的外特性 22
2.3.5 采用电压频率（V/F）转换器实现A/D转换 23
2.4.1 模拟输入通道的结构 25
2.4 模拟量输入通道 25
2.4.3 采样与保持 26
2.4.2 多路模拟信号输入 26
2.4.4 I/V变换 27
2.4.5 信号标度转换 28
2.5 模拟传感器 30
2.5.1 电压电流传感器 30
2.5.2 感应同步器 32
3.1 数字量输出通道 36
3.1.1 数字量输出通道 36
第三章 输出通道中的硬件 36
3.1.2 数字量的信号调理 37
3.2 常用功率放大器件及其驱动 40
3.2.1 电磁继电器及其驱动 40
3.2.2 大功率晶闸管的驱动 41
3.2.3 大功率三极管的驱动 42
3.2.4 IGBT的驱动 43
3.2.5 固态继电器及其驱动 45
3.3 模拟量输出通道 46
3.3.1 D/A转换 46
3.3.2 模拟输出通道的结构 49
3.3.3 V/I变换 50
3.3.4 模拟量的隔离 51
第四章 计算机控制理论基础 54
4.1 计算机控制系统中的信号 54
4.2 采样过程与信号重构 56
4.2.1 理想采样过程的时域数学描述 56
4.2.2 理想采样信号的频域特性 58
4.2.3 采样定理 60
4.2.4 信号的重构 61
4.3 Z变换及其性质 63
4.3.2 求Z变换的方法 64
4.3.1 Z变换的定义 64
4.3.3 Z变换的基本定理 67
4.3.4 Z反变换 69
4.4 离散系统的差分方程 71
4.4.1 离散系统的数学模型 72
4.4.2 差分方程的解法 73
4.5 离散系统的脉冲传递函数 75
4.5.1 脉冲传递函数 75
4.5.2 脉冲传递函数与差分方程 77
4.5.3 开环脉冲传递函数 77
4.5.4 闭环脉冲传递函数 78
4.6 离散系统的稳定性 80
4.6.1 s平面与z平面的映射关系 81
4.6.2 离散系统的稳定区域 82
4.6.3 离散系统稳定判据 83
4.6.4 系统参数对稳定性的影响 84
第五章 PWM驱动与电气传动 86
5.1 PWM技术概述 86
5.1.1 电压型逆变器的空间电压矢量及PWM原理 86
5.1.2 PWM技术的性能指标 88
5.1.3 死区时间及其补偿 90
5.2 基于三角载波的PWM技术 91
5.2.1 自然采样法 92
5.2.2 对称规则采样法 93
5.2.3 非对称规则采样法 94
5.2.4 参考波的生成 95
5.2.5 同步调制 95
5.2.6 基于专用集成电路的PWM技术 96
5.3 优化PWM生成技术 98
5.3.1 离线优化PWM方法 98
5.3.2 在线的准优化方法 101
5.4 电压空间矢量PWM技术 101
5.4.1 控制原理 103
5.4.2 控制算法 104
5.4.3 控制的实现 106
5.4.4 电压空间矢量 107
5.5 电流闭环PWM技术 110
5.5.1 外加电流环的电流闭环PWM 110
5.5.2 电流滞环PWM 111
5.6 永磁同步电机伺服系统 111
5.6.1 永磁同步电机的PWM驱动 112
5.6.2 永磁同步电机的控制策略 113
5.6.3 永磁同步电机伺服系统框图 114
5.6.4 永磁同步电机伺服系统的传递函数 114
5.7.1 相坐标系下的感应电机 117
5.7 感应电机伺服系统 117
5.7.2 同步速坐标系下的感应电机 119
5.7.3 感应电机的矢量控制 120
5.7.4 感应电机矢量控制系统 122
第六章 常规与复杂控制技术 124
6.1 数字控制器的设计方法 124
6.1.1 数字控制器的离散化设计 124
6.1.2 数字控制器的模拟化设计 125
6.1.3 离散化方法 127
6.1.4 采样周期的选择 128
6.2 数字PID控制技术 129
6.1.5 离散化设计与模拟化设计的比较 129
6.2.1 数字PID的基本算法 130
6.2.2 数字PID算法的改进 132
6.2.3 数字PID参数的整定 135
6.3 最少拍控制器的设计 138
6.3.1 系统的典型输入 138
6.3.2 最少拍设计原理 138
6.3.3 典型输入下最少拍系统分析 139
6.3.4 最少拍控制器的设计 141
6.3.5 最少拍无纹波控制器设计 146
6.3.6 关于采样周期 149
6.4 串级控制技术 150
6.4.1 串级控制系统的特点 151
6.4.2 计算机串级控制算法 153
6.4.3 副控回路微分先行串级控制系统 154
6.5 前馈控制技术 155
6.5.1 前馈控制的结构与原理 156
6.5.2 前馈控制的类型 157
6.5.3 计算机前馈控制算法 160
6.6 解耦控制技术 161
6.6.1 解耦控制原理 162
6.6.2 解耦控制系统的设计 163
6.6.3 计算机解耦控制 165
6.6.4 解耦控制示例 166
第七章 数字运动控制技术 169
7.1 数控的基本概念 169
7.2 数字运动控制基本原理 170
7.2.1 运动控制系统中的伺服单元 171
7.2.2 运动控制的基本原理 173
7.3 脉冲增量插补法 175
7.3.1 逐点比较法 175
7.3.2 数字积分插补法 180
7.4 数据采样插补法 186
7.4.1 直线插补算法 187
7.4.2 圆弧插补算法 188
7.4.3 插补终点判别 192
7.4.4 粗插补与精插补 195
7.5 运动控制系统中的位置控制 195
7.5.1 数据采样式位置控制系统 196
7.5.2 脉冲比较式位置控制系统 198
7.5.3 相位比较式位置控制系统 199
7.5.4 幅值比较式位置控制系统 202
8.1 计算机控制系统设计概述 205
8.1.1 系统设计原则 205
第八章 计算机控制系统的设计与实现 205
8.1.2 系统设计步骤 207
8.2 测试信号的处理 214
8.2.1 误差修正与自动校准 214
8.2.2 数字滤波 216
8.2.3 线性化处理 219
8.2.4 量纲标度变换 220
8.2.5 越限报警 222
8.3 计算机控制系统中的量化效应 222
8.3.1 数据的二进制表示 222
8.3.2 有限字长二进制表示的特性 224
8.3.3 计算机控制系统中量化误差的来源 225
8.3.4 量化误差对系统特性的影响 226
8.4 数字控制器的实现 228
8.4.1 控制程序的总体结构 228
8.4.2 控制算法的编排 229
8.4.3 减少计算延时 233
8.5 计算机控制系统的可靠性 235
8.5.1 提高硬件的可靠性 235
8.5.2 干扰的来源 237
8.5.3 提高硬件的抗干扰能力 240
8.5.4 通过软件提高抗干扰能力和可靠性 245
参考文献 249