第1章 绪论 1
1.1计算机控制系统概述 1
1.1.1一般概念 1
1.1.2系统的组成 2
1.1.3系统的典型结构 4
1.2计算机控制系统实例简介 7
1.2.1计算机过程控制系统 7
1.2.2计算机运动控制系统 8
1.3计算机控制系统性能 10
1.3.1系统性能指标 10
1.3.2控制对象对控制性能的影响 11
1.4计算机控制系统的发展概况与趋势 11
1.4.1发展概况 11
1.4.2发展趋势 13
思考题与习题 14
第2章 输入/输出接口与过程通道技术 15
2.1输入/输出过程通道概述 15
2.2模拟量输入通道 16
2.2.1信号调理 16
2.2.2多路转换开关 24
2.2.3可编程增益放大器 26
2.2.4采样保持器 27
2.2.5 A/D转换器 30
2.2.6模拟量输入通道设计举例 34
2.3模拟量输出接口与通道 36
2.3.1模拟量输出通道 36
2.3.2 D/A转换器及其接口 37
2.3.3电压/电流转换器 40
2.4数字量（开关量）输入/输出通道 42
2.4.1数字量（开关量）输入/输出通道概述 42
2.4.2数字量（开关量）输入通道 42
2.4.3数字量（开关量）输出通道 44
2.5过程通道的抗干扰与可靠性设计 46
2.5.1干扰源与干扰的耦合 46
2.5.2过程通道抗干扰措施 49
2.6测量数据的预处理 53
2.6.1数字滤波 53
2.6.2其他数据预处理 55
思考题与习题 58
第3章 工业控制计算机 60
3.1工业控制计算机的特点与组成结构 60
3.1.1工业控制计算机的特点 60
3.1.2工业控制计算机的组成结构和分类 61
3.2工业控制计算机的总线结构 64
3.2.1总线结构概述及分类 64
3.2.2常用总线 65
3.3总线型工业控制计算机 67
3.3.1 IPC工业控制机 67
3.3.2 DCS现场控制站 70
思考题与习题 74
第4章 计算机控制系统的理论基础 75
4.1信号的采样与保持 75
4.1.1采样过程 75
4.1.2采样过程的数学描述及特性分析 77
4.1.3信号保持 77
4.1.4采样定理 78
4.2 Z变换理论 79
4.2.1 Z变换定义 79
4.2.2 Z变换性质 80
4.2.3 Z变换方法 83
4.2.4 Z反变换 84
4.3计算机控制系统的数学描述 86
4.3.1差分方程及其求解 86
4.3.2脉冲传递函数 88
4.4计算机控制系统的分析 91
4.4.1计算机控制系统的稳定性分析 91
4.4.2计算机控制系统的稳态误差分析 94
4.4.3计算机控制系统的性能指标 96
4.5连续系统的离散化 97
4.5.1连续系统的离散化方法及特点 97
4.5.2 MATLAB在连续域—离散域变换中的应用 98
4.5.3采样周期及保持器对离散系统的影响 102
思考题与习题 103
第5章 数字PID控制算法 106
5.1准连续PID控制算法 106
5.1.1模拟PID调节器 106
5.1.2基本数字PID控制 107
5.2数字 PID控制的改进 109
5.2.1积分项的改进 109
5.2.2微分项的改进 110
5.2.3其他改进算法 113
5.3数字PID参数的整定 113
5.3.1 PID控制器参数对控制性能的影响 113
5.3.2控制周期的选取 116
5.3.3 PID控制参数的工程整定法 117
5.3.4 PID控制参数的自整定法 119
5.4数字PID控制器的工程实现 121
5.4.1给定值处理 122
5.4.2被控量处理 123
5.4.3偏差处理 123
5.4.4 PID计算 124
5.4.5控制量处理 124
5.4.6自动/手动切换 125
5.4.7无扰动切换 126
5.4.8 PID控制块参数表 126
5.5 MATLAB在数字PID控制器设计中的应用 127
5.5.1 PID控制算法的M文件编写 127
5.5.2利用Simulink设计数字PID控制器 128
思考题与习题 129
第6章 复杂控制算法 130
6.1数字控制器设计原理 130
6.2最小拍控制系统的设计 131
6.2.1最小拍控制原理 131
6.2.2最小拍控制器设计的稳定性问题 135
6.2.3无纹波最小拍控制系统设计 137
6.2.4有限拍控制 138
6.2.5惯性因子法 140
6.3纯滞后控制 141
6.3.1施密斯预估控制 141
6.3.2大林算法 144
6.4常用多回路控制 146
6.4.1串级控制 147
6.4.2前馈-反馈控制 149
6.5模型预测控制 151
6.5.1模型预测控制的基本原理 151
6.5.2模型算法控制 152
6.5.3动态矩阵控制 156
6.5.4预测控制软件包 160
6.6模糊控制 163
6.6.1模糊控制概述 163
6.6.2模糊控制的数学基础 164
6.6.3模糊控制系统的结构与原理 173
6.6.4模糊控制器的设计步骤与方法 176
6.6.5模糊控制器的改进 180
6.6.6 MATLAB在模糊控制器设计中的应用 182
思考题与习题 185
第7章 计算机控制系统的软件设计 186
7.1计算机控制系统软件概述 186
7.1.1系统软件的组成 186
7.1.2系统软件的功能 186
7.2实时数据库技术 187
7.2.1数据库技术概述 187
7.2.2计算机控制系统中的实时数据库 191
7.2.3实时数据库的设计 193
7.2.4实时数据库的实例 195
7.3计算机控制系统的软件设计 199
7.3.1应用软件设计的需求 199
7.3.2操作系统的选择 199
7.3.3应用程序开发平台 203
7.3.4实时数据库的选择 204
7.3.5应用软件的构建 205
7.3.6应用软件编程的基本方法 206
7.3.7实时控制程序的结构设计 208
7.4工控组态软件 210
7.4.1工控组态软件概述 210
7.4.2工控组态软件的组成与特点 210
7.4.3工控组态软件开发及调试 213
7.4.4用工控组态软件构建应用控制软件的基本步骤 216
思考题与习题 216
第8章 分布式计算机控制系统 217
8.1分布式计算机控制系统概述 217
8.1.1系统的基本组成 217
8.1.2系统的特点 217
8.1.3系统的发展 219
8.2分布式控制系统（DCS）的体系结构 222
8.2.1 DCS的层次结构 222
8.2.2 DCS的硬件结构 223
8.2.3 DCS的软件结构 225
8.2.4 DCS的网络结构 228
8.2.5 DCS实例 228
8.3分布式控制系统基本类型 230
8.3.1集散型控制系统 230
8.3.2集散型控制系统存在的问题及发展趋势 233
8.3.3基于IPC构成的分布式控制系统 234
8.3.4基于PLC构成的分布式控制系统 238
8.4现场总线控制系统 239
8.4.1现场总线概述 239
8.4.2基金会现场总线 240
8.4.3过程现场总线 242
8.4.4 LonWorks总线 243
8.4.5 HART通信协议 245
8.4.6 CAN总线 247
8.4.7现场总线控制系统设计 249
8.5基于工业以太网和现场总线的分布式控制系统 251
8.5.1工业以太网技术 251
8.5.2基于工业以太网和现场总线构成的分布式控制系统 256
思考题与习题 257
第9章 计算机控制系统设计与实现 258
9.1系统设计的原则与步骤 258
9.1.1系统设计的原则 258
9.1.2系统设计的步骤 259
9.2计算机控制系统的可靠性技术 262
9.2.1控制系统的抗干扰设计 262
9.2.2控制系统的软件可靠性设计 267
9.2.3控制系统的冗余设计 269
9.2.4自动/手动切换 269
9.3基于工业PC的计算机测控系统设计实例 271
9.3.1系统方案设计 271
9.3.2系统硬件设计 273
9.3.3系统软件设计 274
9.4基于网络结构的计算机测控系统设计实例1 275
9.4.1系统方案设计 275
9.4.2系统网络结构设计 279
9.4.3系统硬件设备选型与设计 280
9.4.4系统软件设计及系统组态 282
9.5基于网络结构的计算机测控系统设计实例2 285
9.5.1控制功能要求 285
9.5.2 FSSS控制功能 287
9.5.3 CCS控制功能 290
9.5.4 MCS功能 291
9.5.5第三方设备/系统通信站的冗余设计 293
9.5.6系统配置 294
9.6带材纠偏计算机控制系统设计实例 295
9.6.1控制功能要求与方案设计 295
9.6.2硬件设计方案 296
9.6.3软件设计方案 297
9.6.4系统数学模型与控制算法 297
思考题与习题 300
参考文献 301