第一章 绪论 2
?-1 计算机控制系统的一般组成和结构 2
一、什么叫计算机控制系统 2
二、计算机控制系统的基本特点 2
三、计算机控制系统的控制过程 3
四、计算机控制系统的一般组成 3
五、计算机控制系统的一般结构 3
六、控制用计算机的特点 4
?-2 计算机控制系统分类 5
一、按功能分类 5
二、按控制规律分类 11
?-3 计算机控制系统的优越性 12
?-4 计算机控制系统的发展概况 13
一、计算机控制系统的发展历史 13
二、计算机控制系统的发展趋势 13
?-5 采样、量化与重构 14
一、采样 14
二、量化 16
三、重构 18
四、采样周期的选择方法 21
本章小结 22
思考题及习题 22
第二章 过程通道与人机接口 24
?-1 过程通道的分类 24
?-2 模拟量输入通道 25
一、输入信号的处理 25
二、多路开关 26
三、放大器 31
四、采样保持器 33
五、模/数（A/D）转换器及其应用 35
?-3 模拟量输出通道 42
一、多路模拟量输出通道的结构形式 42
二、D/A输出方式 44
三、失电保护手动/自动无扰动切换 44
四、D/A转换器的主要技术指标 45
五、典型应用例子 45
?-4 数字量输入/输出通道 47
一、数字量输入通道 48
二、数字量输出通道 48
三、程序设计 49
?-5人机接口 49
一、键盘接口 50
二、显示器接口 51
三、打印机接口 52
?-6 I/O模板及工业控制计算机 57
一、STD总线工业控制机I/O模板 57
二、台湾研华IPC工控机 59
本章小结 65
思考题及习题二 65
第三章 数据采集与处理系统 68
?-1 微型计算机数据采集系统 68
一、基本的数据采集系统 68
二、高速微机数据采集系统 71
三、数据采集系统的发展 76
?-2 数字滤波 76
一、程序判断滤波 77
二、算术平均滤波 79
三、加权平均滤波 80
四、中值滤波 81
五、惯性滤波 82
六、复合滤波 84
七、高通滤波 86
八、带通滤波 86
九、数字滤波小结 87
?-3 线性化处理 87
一、计算机法 87
二、查表法与插值逼近 89
三、折线近似 90
?-4 误差修正 91
一、传感器温度误差的修正 91
二、零点漂移的修正 92
?-5 标度变换 92
一、线性参数的标度变换 92
二、非线性参数的标度变换 93
?-6 越限报警处理 94
?-7 数据采集与处理系统实例 97
一、二级分布式自动数据采集系统 97
二、钢水连续定氧微型机数据处理系统 100
本章小结 115
思考题及习题三 115
第四章 程序控制与数值控制 118
?-1 微型计算机顺序控制器 118
一、一个顺序控制器程序的编制 118
二、顺序控制器 121
?-2 开环数值控制 130
一、数值控制的基本原理 130
二、逐点比较法插补原理 131
?-3 步进电机的控制 146
一、步进电机的工作原理 147
二、步进电机控制系统原理 148
三、步进电机控制程序的设计 151
四、步进电机变速控制程序 155
?-4 可编程序控制器 157
一、可编程序控制器概述 157
二、PC控制系统设计方法 159
三、PC选型指南 163
四、PC的编程语言和编程工具 167
五、SYSMAC-P5R 30E的指令系统及其应用 170
?-5 PC应用实例——自动售货机的控制 176
一、控制要求 176
二、流程图 177
三、I/O分配 178
四、画出梯形图并写出程序 178
本章小结 183
思考题及习题四 183
第五章 控制规律的离散化设计方法 187
?-1 最少拍有波纹系统数字控制器的设计 187
一、设计方法 187
二、最少拍有波纹系统存在的问题 197
?-2 最少拍无波纹系统数字调节器的设计 199
一、波纹产生的原因 199
二、消除波纹的附加条件 200
?-3 最少拍设计的必进 201
一、增模程序法 201
二、惯性因子法 202
三、最小均方误差设计 203
四、非最少的有限拍控制 205
?-4 W变换法设计 206
一、W变换 206
二、W变换法设计步骤 207
三、设计举例 208
?-5 根轨迹法设计 210
?-6数字调节器的计算机实现 212
一、直接程序法—非正则形成 212
二、直接程序法—正则形式Ⅰ 213
三、直接程序法—正则形式Ⅱ 215
四、串行程序法 215
五、并行程序法 216
六、小结和举例 217
?-7 计算机控制示教型机械手 224
一、示教型机型手的工作原理 224
二、机械手连续部分(广义对象)的Z传递函数C(z) 226
三、机械手闭环数字调节器D(z)的设计 226
四、示教型机械手的计算机实现 227
本章小结 230
思考题及习题五 230
第六章 控制规律的模拟代设计方法(1)—PID调节器的数字化 235
?-1 概述 235
一、什么叫模拟化设计方法 235
二、模拟化设计方法分类 235
三、模拟化设计方法的基本条件 236
四、计算机实现PID的优点 237
?-2 基本的数字PID控制 237
一、位置式PID 237
二、增量式PID 239
三、速率式PID 239
四、位置式与增量式PID的比较 240
?-3 数字PID控制的改进 243
一、抑制积分饱和的PID算法 243
二、抑制干扰的PID算法 246
三、避免控制动作过于频繁的PID算法—带死区的PID控制 249
四、给定值频繁升降时对控制量进行阻尼的PID算法 250
五、混合过程PID算法 251
六、采样PID算法 252
七、批量PID算法 253
?-4 PID控制程序的设计 254
一、PID程序设计时应考虑的若干问题 254
二、位置式积分分离PID子程序 255
三、增量式PID算法子程序 259
?-5 数字PID调节器参数的整定 261
一、参数整定方法的分类 262
二、试溱法 262
三、扩充临界比例度法 263
四、扩充响应曲线法 263
?-6 设计举例 265
一、隧道窑微型计算机控制系统 265
二、微型计算机温度控制系统举例 269
本章小结 281
思考题及习题六 282
第七章 控制规律的模拟化设计方法（Ⅱ)—模拟校正网络的数字滤波器实现 284
?-1 概述 284
?-2 D(s)离散化为D(z)的方法 285
一、冲击响应不变法 285
二、零极点匹配法 287
三、零阶保持器法 289
四、双线性变换法 289
五、双线性变换加频率预畸变法 291
六、差分变换法 293
七、几种离散化方法比较 295
?-3 设计举例 295
本章小结 297
思考题及习题七 297
第八章 复杂控制规律的设计 300
?-1 概述 300
?-2 纯滞后对象的控制 300
一、大林算法 301
二、纯滞后补偿控制 304
三、大林算法与Smith补偿法比较 307
?-3 串级控制 307
一、串级控制系统的组成和工作原理 307
二、串级控制系统的特点 308
三、串级控制系统的应用范围 313
四、计算机串级控制系统 314
五、串级控制系统的设计原则 316
六、串级主控和副控调节器的选择 317
七、副控回路微分先行串级控制系统 318
八、多回路串级控制系统 319
?-4 比值控制 321
一、单闭环比值控制 321
二、双闭环比值控制 322
三、变比值控制系统 323
四、串级比值控制系统 323
?-5 前馈控制 323
一、完全补偿条件 323
二、前馈通道解脉冲传递函数和差分方程 324
三、前馈—反馈控制系统 325
?-6 应用实例 326
一、微型计算机纯滞后补偿控制系统 326
二、锅炉微机控制系统 331
本章小结 337
思考题及习题八 338
第九章 集散控制系统 340
?-1 概述 340
一、集散控制系统的产生 340
二、集散系统的基本结构 342
三、集散系统的特点 345
四、集散系统的发展方向与趋势 346
?-2 几种典型集散系统简介 346
一、TDC—2000和TDC—3000 346
二、CENTUM和YEWPACK系统概述 349
三、I/A S系统 354
四、CIM—PAC2000分布式控制系统概述 355
?-3 集散系统的通讯网络 359
一、局部网络的定义与拓扑结构 359
二、数据通讯基础 360
三、局部网络的通信协议 363
四、网络间互连的接口 367
五、集散系统网络通讯的特点 368
六、TDC-3000 BASIC的高速数据公路 368
七、CENTUM系统的HG总线 370
?-4 集散系统的控制站 371
一、集散系统控制站的功能 371
二、集散系统控制站的结构 373
三、控制站的控制算法 374
四、TDC-3000的基本控制器 378
五、YEWPACKⅡ的现场控制单元 385
?-5 集散系统的操作站 397
一、操作站的主要功能及特点 397
二、操作站的主要结构 398
三、TDC-3000的EOS 399
四、YEWPACKⅡ的UOPS 403
五、UOPS上的基本操作 406
?-6 集散系统应用举例 422
一、YEWPACK MARKⅡ应用——批量反应罐控制 422
二、TDC-3000系统顺序控制应用——料罐液位开关控制的SOPL程序 423
本章小结 425
思考题及习题九 425
第十章 计算机控制系统的设计 428
?0-1 计算机控制系统设计的基本要求、方法和步骤 428
一、基本要求 428
二、设计步骤 429
三、项目的提出 429
四、现场调研 430
五、提出系统要求 430
六、系统的可行性评价 430
七、系统总体设计 430
八、计算机及I/O通道的选择 431
九、检测文件、变送器及执行器的选择 432
十、控制算法的确定 432
十一、应用程序的设计方法 433
十二、系统的调试 433
十三、系统试运行 434
十四、编制文件 434
十五、交付使用 434
?0-2 提高计算机控制系统可靠性的措施 434
一、基本概念 434
二、提高硬件可靠性的方法 435
三、提高软件可靠性的方法 438
?0-3 计算机控制系统的抗干扰技术 439
一、干扰及其传播路径 440
二、空间抗干扰措施 440
三、I/O通道的抗干扰措施 441
四、电源系统的抗干扰措施 444
五、地线配置的抗干扰措施 445
六、软件抗干扰措施 446
?0-4 计算机控制系统的有限字长效应 448
一、有限字长效应 448
二、A/D和CPU字长的选取 448
三、存贮器字长的选取 450
四、D/A字长的选取（开环） 450
五、闭环系统中A/D、D/A和运算字长的选取 451
?0-5 微型计算机温度控制系统 451
一、控制系统组成 451
二、数字控制的数学模型 455
三、控制系统程序设计 458
本章小结 467
思考题及习题十 467
附录 473
附录 A：拉氏变换Z变换表 473
附录 B：Z变换和扩展Z变换 476
B. 1 Z变换的定义 476
B. 2 Z变换的性质 478
B. 3 Z反变换 479
B. 4 扩展Z变换法 481
参考文献 484