基础篇——溯本而求源，温故而知新 3
第1章 概述 3
1.1 自动控制的基本概念 3
1.1.1 自动控制的引例 4
1.1.2 自动控制中的基本问题 6
1.2 计算机控制系统 8
1.2.1 计算机控制系统的结构 8
1.2.2 计算机控制系统的分类 9
1.2.3 计算机控制技术及其发展 15
1.3 课程的研究内容和学习方法 16
1.3.1 研究内容 16
1.3.2 学习方法 17
本章小结 18
思考题与习题 18
第2章 计算机控制系统的理论基础 20
2.1 控制系统的数学模型 20
2.1.1 控制系统的描述方法 20
2.1.2 用微分方程表示的系统模型 22
2.1.3 用脉冲响应表示的系统模型 24
2.1.4 拉普拉斯变换 24
2.1.5 用传递函数表示的系统模型 26
2.1.6 系统的方框图 28
2.1.7 状态空间概念和模型框图 29
2.2 连续系统的分析和设计 30
2.2.1 连续系统的性能指标 30
2.2.2 连续系统的分析和设计方法回顾 31
2.3 离散系统的描述方法 36
2.3.1 离散系统与连续系统的关系 36
2.3.2 采样过程和采样定理 37
2.3.3 序列和差分方程 39
2.3.4 用脉冲响应表示的离散系统模型 41
2.3.5 z变换及其性质 41
2.3.6 脉冲传递函数 43
2.3.7 离散系统的状态空间描述 45
2.3.8 离散系统的其他描述方法 46
2.4 离散系统的分析 46
2.4.1 s平面和z平面之间的映射 46
2.4.2 稳定性分析 48
2.4.3 静态误差分析 48
2.4.4 动态特性分析 50
本章小结 51
思考题与习题 51
第3章 数字控制器的设计与实现 53
3.1 数字控制器的设计方法 54
3.1.1 近似设计法 54
3.1.2 解析设计法 55
3.2 离散化方法 55
3.2.1 积分变换法 55
3.2.2 零极点匹配法 58
3.2.3 等效变换法 59
3.2.4 离散化方法比较 60
3.3 PID控制 61
3.3.1 PID控制的原理 61
3.3.2 数字PID控制算法 62
3.3.3 数字PID控制的参数整定 66
3.4 最少拍随动系统 69
3.4.1 最少拍随动系统的原理 69
3.4.2 最少拍随动系统的设计 70
3.4.3 最少拍无纹波随动系统的设计 74
3.5 控制算法的实现 77
3.5.1 实现框图与算法 78
3.5.2 串行实现与并行实现 81
本章小结 83
思考题与习题 83
技术篇——工欲善其事，必先利其器 87
第4章 控制系统中的计算机及其接口技术 87
4.1 工业控制计算机 88
4.1.1 工业控制计算机的特点和结构 88
4.1.2 嵌入式系统与单片机 88
4.1.3 典型工业控制计算机的产品 92
4.2 控制系统中的接口技术 94
4.2.1 接口与总线 94
4.2.2 并行接口 98
4.2.3 串行接口 100
4.2.4 现场总线 113
4.3 控制系统中的人机交互技术 116
4.3.1 人机交互及其要求 116
4.3.2 人机交互的设计技术 117
4.4 工业控制计算机软件系统简介 117
4.4.1 系统软件 117
4.4.2 应用软件 120
本章小结 120
思考题与习题 121
第5章 计算机控制系统中的过程通道 123
5.1 传感器与执行器 124
5.1.1 传感器与变送器 124
5.1.2 IEEE 1451智能变换器标准 125
5.1.3 执行器及其分类 128
5.1.4 伺服电机和步进电机 129
5.1.5 变频器与电动执行器 132
5.2 输入通道 134
5.2.1 控制系统中的信号种类及特点 134
5.2.2 数字量信号处理方式 136
5.2.3 模拟量信号及处理方式 143
5.2.4 数据采集的原理和实现 156
5.3 输出通道 159
5.3.1 输出通道的基本结构 159
5.3.2 输出通道中的开关信号驱动 160
5.3.3 输出通道中的模拟信号驱动 166
5.3.4 电机控制 175
本章小结 181
思考题与习题 182
第6章 控制系统的可靠性与抗干扰技术 184
6.1 可靠性与抗干扰技术的基本概念 184
6.1.1 可靠性的概念 184
6.1.2 电磁兼容性 186
6.1.3 噪声的分类和耦合方式 188
6.1.4 控制系统可靠性设计的基本途径 192
6.2 硬件的可靠性与抗干扰技术 193
6.2.1 元器件与系统结构 193
6.2.2 滤波与去耦电路 195
6.2.3 隔离与屏蔽技术 198
6.2.4 电源干扰的抑制与接地技术 203
6.2.5 停电保护和热插拔技术 207
6.2.6 Watchdog技术 208
6.2.7 印制板的抗干扰措施 209
6.3 软件的可靠性与抗干扰技术 210
6.3.1 存储空间分配和程序结构的设计 210
6.3.2 数字滤波技术 212
6.3.3 数据的检错和纠错 216
6.3.4 开机自检与故障诊断 216
本章小结 218
思考题与习题 218
第7章 控制系统的组态软件 220
7.1 工控组态软件概述 220
7.1.1 组态软件及其特点 220
7.1.2 组态软件的功能 221
7.2 MCGS组态软件 222
7.2.1 MCGS组态软件特点和组成 223
7.2.2 MCGS工程构成 224
7.2.3 MCGS组态过程 238
本章小结 242
思考题与习题 242
第8章 集散控制系统 244
8.1 DCS的产生与发展 244
8.1.1 DCS的产生 244
8.1.2 DCS的发展 245
8.2 DCS的体系结构 246
8.2.1 DCS的分层结构 246
8.2.2 DCS的核心部件 247
8.2.3 DCS的通信网络 248
8.3 DCS组态软件 248
8.3.1 功能和特点 248
8.3.2 编程语言和系统监控 248
8.4 WebField JX-300XP控制系统 249
8.4.1 概述 249
8.4.2 JX-300XP系统的组成 249
8.4.3 JX-300XP系统的硬件 251
8.4.4 JX-300XP系统的软件 261
本章小结 268
思考题与习题 269
应用篇——学以致用，用学相长 273
第9章 计算机控制系统的解决方案 273
9.1 基于嵌入式系统的解决方案 273
9.1.1 组成和特点 273
9.1.2 案例1——由嵌入式系统控制的全自动洗衣机 274
9.2 基于智能控制仪表的解决方案 283
9.2.1 组成和特点 283
9.2.2 案例2——基于智能控制仪表的电阻炉温度控制系统 285
9.3 基于可编程逻辑控制器的解决方案 293
9.3.1 组成和特点 293
9.3.2 案例3——PLC控制的工业洗衣机 294
9.4 基于分布式数据采集与控制模块的解决方案 300
9.4.1 组成和特点 300
9.4.2 案例4——潮流水槽计算机检测与控制系统 301
9.5 基于可编程自动化控制器的解决方案 308
9.5.1 组成和特点 308
9.5.2 案例5——PAC在桥梁健康检测系统中的应用 309
本章小结 311
思考题与习题 311
第10章 计算机控制技术在简单过程控制中的应用 313
10.1 实例1——水箱液位控制 313
10.1.1 被控对象和控制方案 313
10.1.2 硬件组成 315
10.1.3 组态过程 316
10.1.4 PID参数整定过程 319
10.2 实例2——锅炉温度控制 320
10.2.1 被控对象和控制方案 320
10.2.2 硬件组成 321
10.2.3 组态过程 324
10.2.4 PID算法设计 327
本章小结 328
思考题与习题 329
第11章 计算机控制技术在流程工业自动化中的应用 330
11.1 DCS在循环流化床锅炉中的应用 330
11.1.1 工艺介绍 330
11.1.2 系统设计 332
11.1.3 系统组态 333
11.1.4 控制流程 338
11.1.5 系统运行 342
11.2 DCS在大中型氮肥装置中的应用 343
11.2.1 工艺介绍 343
11.2.2 系统设计 346
11.2.3 系统组态 347
11.2.4 控制流程 349
11.2.5 系统运行 360
本章小结 360
思考题与习题 360
附录 有关工业自动化产品及企业网址 361
参考文献 362