第1章 绪论 1
1.1 计算机控制系统概述 1
1.1.1 计算机控制系统 2
1.1.2 计算机控制系统的组成 3
1.1.3 常用的计算机控制系统主机 3
1.2 计算机控制系统的典型形式 5
1.2.1 操作指导控制系统 5
1.2.2 直接数字控制系统 6
1.2.3 监督控制系统 6
1.2.4 集散控制系统 7
1.2.5 现场总线控制系统 7
1.2.6 综合自动化系统 8
1.3 工业控制机的组成结构及特点 8
1.3.1 工业控制机的组成 9
1.3.2 工业控制机的总线结构 10
1.3.3 工业控制机的特点 17
1.4 计算机控制系统的发展概况和趋势 17
1.4.1 计算机控制系统的发展概况 17
1.4.2 计算机控制系统的发展趋势 20
习题1 21
第2章 输入输出接口与过程通道 22
2.1 总线扩展技术 22
2.1.1 I/O端口与地址分配 22
2.1.2 I/O端口地址译码技术 24
2.1.3 基于ISA总线的端口扩展 26
2.2 数字量输入输出接口与过程通道 28
2.2.1 数字量输入输出接口技术 28
2.2.2 数字量输入通道 29
2.2.3 数字量输出通道 30
2.2.4 数字量输入输出通道模板应用举例 32
2.3 模拟量输入接口与过程通道 33
2.3.1 模拟量输入通道的组成 33
2.3.2 信号调理和I/V变换 34
2.3.3 多路转换器 37
2.3.4 采样、量化及采样／保持器 38
2.3.5 A/D转换器及其接口技术 41
2.3.6 模拟量输入通道模板应用举例 45
2.4 模拟量输出接口与过程通道 47
2.4.1 模拟量输出通道的结构形式 48
2.4.2 D/A转换器及其接口技术 48
2.4.3 单极性与双极性电压输出电路 50
2.4.4 V/I变换 51
2.4.5 模拟量输出通道模板应用举例 52
2.5 硬件抗干扰技术 54
2.5.1 过程通道抗干扰技术 55
2.5.2 主机抗干扰技术 61
2.5.3 系统供电与接地技术 63
习题2 68
第3章 数字控制技术 69
3.1 数字控制基础 69
3.1.1 数控技术发展概况 69
3.1.2 数字控制原理 70
3.1.3 数字控制方式 71
3.1.4 数字控制系统 72
3.1.5 数控系统的分类 73
3.2 插补原理 74
3.2.1 逐点比较法的直线插补 75
3.2.2 逐点比较法圆弧插补 78
3.2.3 数字积分插补法 81
3.3 多轴步进驱动控制技术 86
3.3.1 步进电机的分类 87
3.3.2 步进电机的工作原理 87
3.3.3 步进电机的工作方式 88
3.3.4 步进电机控制接口及输出字表 89
3.3.5 步进电机控制程序 90
3.3.6 数控系统设计举例——三轴步进电机控制 91
3.4 多轴伺服驱动控制技术 94
3.4.1 伺服系统 94
3.4.2 现代运动控制技术 95
3.4.3 数控系统设计举例——基于PC的多轴运动控制 96
习题3 100
第4章 常规及复杂控制技术 101
4.1 控制系统的性能指标 101
4.1.1 稳态性能指标 101
4.1.2 动态性能指标 102
4.1.3 抗干扰性能 102
4.1.4 对控制作用的限制 102
4.2 数字控制器的连续化设计技术 103
4.2.1 数字控制器的连续化设计步骤 103
4.2.2 数字PID控制器的设计 106
4.2.3 数字PID控制器的改进 109
4.2.4 数字PID控制器的参数整定 114
4.3 数字控制器的离散化设计技术 118
4.3.1 数字控制器的离散化设计步骤 119
4.3.2 根轨迹法 120
4.3.3 最少拍控制器的设计 120
4.3.4 最少拍有纹波控制器的设计 125
4.3.5 最少拍无纹波控制器的设计 127
4.4 纯滞后控制技术 131
4.4.1 施密斯（Smith）预估控制 131
4.4.2 达林（Dahlin）算法 133
4.5 串级控制技术 137
4.5.1 串级控制的结构和原理 138
4.5.2 数字串级控制算法 138
4.5.3 副回路微分先行串级控制算法 139
4.6 前馈-反馈控制技术 141
4.6.1 前馈控制的结构和原理 141
4.6.2 前馈-反馈控制结构 142
4.6.3 数字前馈-反馈控制算法 144
4.7 解耦控制技术 145
4.7.1 解耦控制原理 146
4.7.2 数字解耦控制算法 148
4.8 模糊控制技术 149
4.8.1 模糊控制的数学基础 149
4.8.2 模糊控制原理 155
4.8.3 模糊控制器设计 159
习题4 165
第5章 现代控制技术 167
5.1 采用状态空间的输出反馈设计法 167
5.1.1 连续状态方程的离散化 168
5.1.2 最少拍无纹波系统的跟踪条件 168
5.1.3 输出反馈设计法的设计步骤 169
5.2 采用状态空间的极点配置设计法 172
5.2.1 按极点配置设计控制规律 172
5.2.2 按极点配置设计状态观测器 175
5.2.3 按极点配置设计控制器 179
5.2.4 跟踪系统设计 183
5.3 采用状态空间的最优化设计法 185
5.3.1 LQ最优控制器设计 185
5.3.2 状态最优估计器设计 189
5.3.3 LQG最优控制器设计 194
5.3.4 跟踪系统的设计 194
习题5 195
第6章 应用程序设计与实现技术 196
6.1 程序设计技术 196
6.1.1 模块化与结构化程序设计 197
6.1.2 面向过程与面向对象的程序设计 198
6.1.3 高级语言I/O控制台编程 199
6.2 测量数据预处理技术 200
6.2.1 误差自动标准 200
6.2.2 线性化处理和非线性补偿 201
6.2.3 标度变换方法 203
6.2.4 越限报警处理 204
6.2.5 量化误差来源 205
6.2.6 A/D、D/A及运算字长的选择 207
6.3 数字控制器的工程实现 208
6.3.1 给定值和被控量处理 209
6.3.2 偏差处理 210
6.3.3 控制算法的实现 211
6.3.4 控制量处理 211
6.3.5 自动／手动切换 212
6.4 软件抗干扰技术 214
6.4.1 数字滤波技术 214
6.4.2 开关量的软件抗干扰技术 216
6.4.3 指令冗余技术 217
6.4.4 软件陷阱技术 217
习题6 218
第7章 人机接口技术与监控组态软件 219
7.1 人机接口技术 219
7.1.1 HMI/SCADA的含义 219
7.1.2 基于VB/V C＋＋语言设计人机交互界面 220
7.2 监控组态软件概述 221
7.2.1 监控组态软件的体系结构及功能 221
7.2.2 几种典型的自动化组态软件 222
7.3 基于监控组态软件设计人机交互界面 223
7.4 实时数据库 225
7.4.1 实时数据库简介 225
7.4.2 实时数据库的结构 228
7.4.3 实时数据库应用的新领域——数据仓库 229
7.5 监控组态软件的I/O设备驱动 230
7.6 监控组态软件的网络通信功能 232
7.7 监控组态软件的控制功能 234
7.7.1 监控组态软件的控制功能概述 234
7.7.2 监控组态软件控制功能模块 235
7.7.3 监控组态软件的策略生成器 236
7.8 计算机控制系统中的数据交换技术 237
7.8.1 DDE技术与应用 237
7.8.2 OPC技术与应用 238
7.9 监控组态软件应用举例 241
7.9.1 应用组态软件设计监控系统的步骤 242
7.9.2 组态王软件应用工程分析 242
7.9.3 基于组态王软件的串联双容水箱液位监控系统设计 244
习题7 248
第8章 分布式测控网络技术 249
8.1 工业网络技术 249
8.1.1 工业网络概述 249
8.1.2 数据通信编码技术 257
8.1.3 网络协议及其层次结构 258
8.1.4 IEEE 802标准 259
8.1.5 工业网络的性能评价和选型 260
8.2 基于串行总线的测控网络技术 262
8.2.1 RS-232/RS-422/RS-485串行通信总线 262
8.2.2 RS-485总线测控网络设计 265
8.2.3 RS-485总线测控网络设计举例 267
8.3 分布式控制系统 270
8.3.1 DCS概述 270
8.3.2 DCS的分散过程控制级 274
8.3.3 DCS的集中操作监控级 277
8.3.4 DCS的综合信息管理级 279
8.4 现场总线控制系统 281
8.4.1 现场总线概述 282
8.4.2 CAN总线技术 287
8.4.3 Profibus总线技术 289
8.4.4 FF现场总线技术 291
8.4.5 工业以太网 294
8.4.6 设计举例——基于PLC的Profibus测控网络 295
8.5 系统集成与集成自动化系统 297
8.5.1 系统集成的含义与框架 297
8.5.2 集成自动化系统的体系结构 299
8.6 综合自动化系统 303
8.6.1 企业综合自动化技术 303
8.6.2 五层Purdue模型 303
8.6.3 ERP/MES/PCS三层结构 305
习题8 308
第9章 计算机控制系统设计与实现 309
9.1 系统设计的原则与步骤 309
9.1.1 系统设计的原则 309
9.1.2 系统设计的步骤 311
9.2 系统的工程设计与实现 313
9.2.1 系统总体方案设计 314
9.2.2 硬件的工程设计与实现 315
9.2.3 软件的工程设计与实现 317
9.2.4 系统的调试与运行 319
9.3 设计举例——啤酒发酵计算机过程控制系统 323
9.3.1 啤酒发酵工艺及控制要求 323
9.3.2 系统总体方案的设计 324
9.3.3 系统硬件和软件的设计 325
9.3.4 系统的安装调试运行及控制效果 328
9.4 设计举例——机器人计算机控制系统 329
9.4.1 PUMA560机器人的结构原理 329
9.4.2 机器人运动学方程 330
9.4.3 机器人动力学方程 330
9.4.4 机器人手臂的独立关节位置伺服控制 331
参考文献 333