第一章 绪论 1
第一节 计算机控制系统的一般概念 1
一、计算机控制系统概述 1
二、计算机控制系统的组成 2
三、计算机控制系统的效益 3
第二节 计算机控制系统的分类 4
一、计算机巡回检测和操作指导系统 4
二、计算机直接数字控制系统DDC 5
三、计算机监督控制系统SCC 5
四、计算机集散控制系统DCS 6
五、现场总线控制系统FCS 6
六、工业过程的计算机集成制造系统（流程CIMS） 7
第三节 计算机控制系统的设计与实现 9
一、设计与实施计算机控制系统的一般步骤 9
二、计算机控制系统的设计方法 9
第四节 过程计算机控制系统的发展概况及趋势 10
思考题与习题 12
第二章 计算机控制系统基础 13
第一节 计算机控制系统的采样及信号特点 13
一、计算机控制系统的信号形式 13
二、信号的采样、采样周期和采样定理 14
三、信号的保持 15
第二节 计算机控制系统的数学模型 16
一、Z变换 16
二、计算机控制系统的数学模型 21
第三节 离散控制系统的分析 25
一、系统的稳定性 25
二、系统的可控性、可达性和可观性、可检测性 26
三、系统的灵敏性和鲁棒性 28
思考题与习题 30
第三章 计算机控制系统中的总线技术 32
第一节 总线技术概论 32
一、总线的概念 32
二、总线的分类 34
三、总线的模板化结构 35
四、总线的体系结构 35
五、总线的控制方式 37
第二节RS-232总线 39
一、RS-232标准的功能特性 39
二、RS-232标准的电气特性 40
三、RS-232的机械特性 41
四、RS-232的常用连接方法 41
第三节RS-449、 RS-422、 RS-423及RS-485标准 43
一、RS-449标准接口 43
二、RS-422标准接口 44
三、RS-423标准接口 44
四、RS-485标准接口 45
第四节SPI总线 48
一、SPI总线的组成 48
二、SPI总线的时序 48
三、SPI示例电路 48
第五节I2 C总线 49
一、I2 C总线的特点 49
二、I2C总线的工作原理 49
三、I2 C示例电路 51
思考题与习题 51
第四章 计算机的输入输出接口技术 52
第一节 模拟量输出接口 52
一、D/ A转换器原理及器件 52
二、D/ A转换器接口与隔离技术 56
三、D/ A转换模板的标准化设计 59
第二节 模拟量输入接口 63
一、A /D转换原理及器件 63
二、A /D转换器接口与隔离技术 67
三、A /D转换模板的标准化设计 73
第三节 开关量输入输出接口 75
一、开关量的概念及种类 75
二、开关量输入接口 76
三、开关量输出接口 76
四、开关量输入输出模板的标准化设计 76
第四节 人机交互接口 78
一、键盘接口 78
二、显示器接口 79
三、打印机接口 87
四、其他人机接口 88
思考题与习题 91
第五章 计算机控制系统中的数据通信技术 93
第一节 数据通信的基础知识 93
一数据通信概述 93
二、数据传输方式 96
三、多路复用技术 97
四、数据交换技术 98
第二节 数据通信设备 102
一、通信适配器 102
二、调制解调器 103
三、通信介质（媒质） 104
第三节 数据通信中的检错与纠错 106
一、奇/偶校验 106
二、循环冗余校验CRC 107
三、恒比码 109
思考题与习题 109
第六章 计算机控制系统中的网络技术 110
第一节 概述 110
一、计算机网络的定义 110
二、计算机网络的主要功能 111
三、计算机网络的分类 111
四、计算机网络的基本协议 113
第二节 计算机局域网络 114
一、局域网络和拓扑结构 114
二、网络操作系统 116
第三节 计算机网络互连及其协议 118
一、概述 118
二、网络互连方法 118
三、网络互连部件 118
四、广域网和远程网 122
五、Internet 124
第四节 控制网络与现场总线 130
一、控制网络 130
二、现场总线概述 132
三、现场总线标准 137
四、具有代表性的现场总线 140
第五节 无线网络通信 151
一、Zigbee技术 151
二、蓝牙技术 153
三、WiFi技术 154
四、几种无线通信技术的比较 155
第六节 控制网络与企业网络 156
一、控制系统中计算机网络体系结构 156
二、企业的网络管理 158
三、实施案例 161
思考题与习题 162
第七章 计算机控制系统中的控制策略 164
第一节 数字滤波和数据处理 164
一、采样数据的合理性判别及报警 164
二、数字滤波 165
三、数据处理 167
第二节 数字PID控制算法 169
一、标准数字PID控制算法 169
二、数字PID控制算法的改进 170
三、数字PID控制的参数整定 173
四、PID控制回路的性能评估 176
第三节 基于数字PID控制的多回路控制系统 177
一、串级控制系统 178
二、前馈控制系统 179
三、纯滞后补偿控制系统 180
第四节 模型预测控制 181
一、模型预测控制的基本原理 181
二、动态矩阵控制（DMC） 183
三、模型算法控制（MAC） 193
四、广义预测控制（GPC） 198
五、小结 202
第五节 模糊控制 202
一、预备知识 202
二、模糊控制的基本原理 205
三、模糊控制器的设计 206
四、模糊控制器的改进 211
五、模糊控制器的工业应用举例 212
第六节 控制策略的工程实现 214
一、给定值处理 215
二、被控量处理 216
三、偏差处理 216
四、控制策略的实现 217
五、控制量处理 217
六、自动/手动切换 218
思考题与习题 219
第八章 计算机控制系统软件技术基础 221
第一节 概述 221
一、计算机控制系统软件技术基础 221
二、计算机控制系统软件构成 222
三、计算机控制系统软件特点 222
第二节 面向计算机控制的操作系统 223
一、操作系统的功能和任务 223
二、操作系统的分类 225
三、实时操作系统 226
四、嵌入式操作系统 228
第三节 计算机控制系统中的数据库 229
一、数据库系统概述 229
二、实时数据库 236
三、分布式实时数据库 247
第四节 数据库的接口设计 248
第五节 计算机控制系统的应用软件 250
一、计算机控制系统应用软件的需求 250
二、应用软件设计技术 251
三、应用软件开发环境及平台 254
四、计算机控制系统应用软件设计 254
五、商品化的工业控制软件 255
思考题与习题 256
第九章 计算机控制系统的设计与实施 257
第一节 计算机控制系统设计原则和步骤 257
一、计算机控制系统设计原则 257
二、设计与实施过程计算机控制系统的步骤 259
第二节 计算机控制系统的设计与实施 260
一、计算机控制系统的总体方案设计 260
二、硬件的工程设计与实现 262
三、软件的工程设计与实现 263
四、控制系统的调试与投运 265
第三节 过程计算机控制系统的抗干扰与可靠性技术 266
一、计算机控制系统的抗干扰技术 266
二、系统供电与接地技术 269
三、看门狗及其电源掉电检测技术 272
第四节 计算机控制系统的应用实例 273
一、典型长网纸机的计算机控制系统设计实例 273
二、基于RTLinux和PC/104的微型无人空间飞行器控制系统 280
三、以工业控制计算机为核心的锅炉控制系统 284
四、基于PLC与DCS的大中型计算机控制系统 288
五、结论 295
思考题与习题 296
第十章 流程工业企业综合自动化系统 297
第一节 概述 297
一、CIMS的概念与发展 297
二、流程工业CIMS与离散工业CIMS之比较 300
第二节 流程工业CIMS的体系结构 302
一、流程工业CIMS的功能结构及递阶控制层次 302
二、流程工业CIMS的体系结构模型 304
三、基于三层结构的流程工业现代集成制造体系结构 308
四、间歇生产方式对流程工业CIMS的影响 309
第三节 流程工业CIMS的核心问题及关键技术 310
一、系统集成 310
二、系统优化 314
三、建立CIMS集成环境的关键技术 316
四、实现流程工业CIMS功能集成的关键技术 318
第四节 流程工业CIMS设计示例 322
一、CIMS的体系结构 323
二、实施效果 325
思考题与习题 325
附录ASCII码 326
一、非打印ASCII码（控制代码） 326
二、可打印ASCII码（控制代码） 326
三、按字节计算CRC的C语言程序示例 327
参考文献 329