1 计算机控制系统概述 1
1.1 计算机控制系统的概念 1
1.2 计算机控制系统的组成 3
1.2.1 硬件组成 3
1.2.2 软件组成 6
1.3 计算机在工业控制中的典型应用 7
1.4 计算机控制系统举例 12
1.5 计算机控制系统的发展概况及趋势 14
1.5.1 计算机控制系统的发展概况 14
1.5.2 计算机控制系统的发展趋势 14
思考题与习题1 16
2 过程输入／输出通道 17
2.1 信号的采样和多路开关 17
2.1.1 采样定理 17
2.1.2 采样、量化与编码 19
2.1.3 多路开关 21
2.2 模拟量输入通道 24
2.3 模拟量输出通道 33
2.3.1 模拟量输出通道的两种基本结构形式 33
2.3.2 D/A转换器及接口 34
2.4 数字量输入／输出通道 41
2.4.1 数字量输入／输出通道的一般结构 41
2.4.2 数字量输入通道 41
2.4.3 数字量输出通道 43
2.5 过程通道的抗干扰措施 43
2.5.1 干扰信号的分类 43
2.5.2 干扰的抑制 45
2.6 数字滤波技术 45
2.6.1 程序判断滤波 46
2.6.2 中值滤波 47
2.6.3 算术平均值滤波 48
2.6.4 加权平均值滤波 49
2.6.5 滑动平均值滤波 49
2.6.6 RC低通数字滤波 49
2.6.7 复合数字滤波 50
2.6.8 各种数字滤波性能的比较 51
思考题与习题2 52
3 计算机控制系统分析 53
3.1 计算机控制系统的数学描述 53
3.1.1 差分方程 53
3.1.2 Z变换 54
3.1.3 Z反变换 58
3.1.4 脉冲传递函数 61
3.2 计算机控制系统的稳定性分析 67
3.2.1 S平面和Z平面之间的映射关系 67
3.2.2 离散控制系统稳定判据 68
3.2.3 离散控制系统稳态误差分析 70
3.3 离散控制系统动态特性分析 73
3.3.1 脉冲传递函数分析离散控制系统的过渡过程 74
3.3.2 零极点分布与动态性能之间的关系 75
思考题与习题3 76
4 数字PID控制算法 78
4.1 标准的PID算法 78
4.1.1 位置型PID控制算式 79
4.1.2 增量型PID控制算式 80
4.1.3 位置型PID算式的递推算式（偏差系数控制算式） 82
4.2 改进的PID算法 82
4.2.1 抑制积分饱和的PID算法 83
4.2.2 带有死区的PID算式 86
4.2.3 不完全微分的PID算式 87
4.2.4 微分先行PID控制 90
4.2.5 时间最优PID控制 90
4.2.6 PID比率控制 91
4.3 数字PID算法应用中的问题 93
4.3.1 数字PID算法实施中的几个问题 93
4.3.2 数字PID调节中的几个实际问题 94
4.4 PID参数整定方法 96
4.4.1 采样周期T的选择 96
4.4.2 凑试法整定PID控制器参数 97
4.4.3 扩充临界比例度法 98
4.4.4 扩充响应曲线法 99
4.4.5 归一参数整定法 100
4.4.6 优选法 100
4.5 PID算法仿真实例 100
4.5.1 仿真模型的结构 100
4.5.2 控制算法仿真的实现方法 101
思考题与习题4 107
5 常用数字控制器的设计 108
5.1 概述 108
5.2 最少拍随动系统的设计 109
5.2.1 最少拍系统的设计 109
5.2.2 最少拍系统的局限性 117
5.3 最少拍无纹波系统的设计 120
5.4 非最少的有限拍控制 122
5.5 惯性因子法 123
5.6 大林（Dahlin）算法 125
5.7 数字控制器在控制系统中的实现方法 130
5.7.1 直接程序设计法 130
5.7.2 串行程序设计法 131
5.7.3 并行程序设计法 132
5.7.4 数字控制器的设计 134
思考题与习题5 135
6 复杂数字控制器设计 136
6.1 纯滞后系统的Smith控制算法 136
6.1.1 Smith预估器的工作原理 136
6.1.2 Smith预估器的数字实现 139
6.1.3 数字Smith预估控制系统 140
6.2 串级控制算法 140
6.2.1 串级控制工作原理 140
6.2.2 串级控制的实现 143
6.2.3 控制系统中副回路的设计 145
6.2.4 主回路和副回路的匹配问题 145
6.2.5 主、副调节器正反作用方式的确定 145
6.2.6 控制系统调节器的选型和参数整定 146
6.2.7 串级控制系统的工业应用 146
6.3 比值控制 147
6.3.1 单闭环比值控制 147
6.3.2 双闭环比值控制 148
6.3.3 变比值控制 149
6.4 前馈控制 149
6.4.1 前馈控制的原理 149
6.4.2 完全补偿的条件 150
6.4.3 前馈—反馈控制 150
6.5 动态矩阵控制算法 151
6.5.1 DMC的基本原理 152
6.5.2 动态矩阵控制系统设计参数的选择 158
思考题与习题6 161
7 工业控制计算机 162
7.1 工业控制计算机的特点及要求 162
7.2 单片微型计算机 163
7.3 可编程序控制器 164
7.4 总线工控机 167
思考题与习题7 172
8 网络集成式分散控制系统 173
8.1 数据通信与工业网 173
8.1.1 数据通信技术 173
8.1.2 网络拓扑结构 177
8.1.3 网络通信协议 178
8.2 集散控制系统 180
8.2.1 集散控制系统的特点 181
8.2.2 集散控制系统发展过程及典型产品 181
8.2.3 集散控制系统的功能层次结构 182
8.2.4 集散控制系统的发展趋势 184
8.3 现场总线控制系统 186
8.3.1 现场总线的体系结构 186
8.3.2 现场总线的特点与优势 188
8.3.3 现场总线通信协议 189
8.3.4 几种典型的现场总线 190
8.3.5 现场总线控制系统 194
8.3.6 现场总线的发展 195
思考题与习题8 195
9 计算机控制系统的设计 196
9.1 计算机控制系统的设计原则 196
9.2 计算机控制系统的设计过程 197
9.3 微型计算机控制的自动装箱系统 202
9.3.1 自动装箱控制系统的原理 202
9.3.2 控制系统硬件设计 203
9.3.3 控制系统软件设计 206
9.4 单片机控制的温度控制系统 212
9.4.1 温度控制系统的组成 213
9.4.2 温度控制系统的硬件设计 213
9.4.3 数字控制器的数学模型 218
9.4.4 温度控制系统软件设计 219
9.4.5 手动后援问题 232
思考题与习题9 233
附录 部分函数的Z变换、拉氏变换表 234
参考文献 235