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 8
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 9
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 11
1.3.3工业控制机的特点 20
1.4计算机控制系统的发展概况和趋势 21
1.4.1计算机控制系统的发展概况 21
1.4.2计算机控制系统的发展趋势 24
习题 25
第2章 输入输出接口与过程通道 26
2.1总线接口扩展技术 26
2.1.1系统总线接口扩展技术 26
2.1.2外部总线接口扩展技术 32
2.2输入输出接口与过程通道设计原理 35
2.2.1数字量输入接口与过程通道 35
2.2.2数字量输出接口与过程通道 38
2.2.3模拟量输入接口与过程通道 40
2.2.4模拟量输出接口与过程通道 52
2.3基于系统总线的计算机控制系统硬件设计 58
2.3.1基于系统总线的硬件设计方案 58
2.3.2系统总线板卡 58
2.4基于外部总线的计算机控制系统硬件设计 64
2.4.1基于外部总线的硬件设计方案 65
2.4.2远程I/O模块 65
2.4.3其他测控装置 69
2.5硬件抗干扰技术 74
2.5.1过程通道抗干扰技术 75
2.5.2主机抗干扰技术 81
2.5.3系统供电与接发技术 84
习题 89
第3章 数字控制技术 90
3.1数字控制基础 90
3.1.1数控技术发展概况 90
3.1.2数字控制原理 91
3.1.3数字控制方式 92
3.1.4数字控制系统 93
3.1.5数控系统的分类 94
3.2运动轨迹插补原理 95
3.2.1逐点比较法的直线插补 96
3.2.2逐点比较法圆弧插补 100
3.2.3数字积分插补法 104
3.3进给速度与加减速控制 109
3.3.1进给速度控制 109
3.3.2加减速控制 110
3.4电机驱动控制与位置伺服系统 114
3.4.1电机驱动控制方式 114
3.4.2位置伺服系统 121
3.5多轴运动控制技术 125
3.5.1 PC＋运动控制器/运动控制卡硬件方案 125
3.5.2软件系统设计 126
3.5.3数控系统设计举例——基于PC的多轴运动控制 129
习题 132
第4章 常规及复杂控制技术 133
4.1控制系统的性能指标 133
4.1.1稳态性能指标 133
4.1.2动态性能指标 134
4.1.3抗干扰性能 134
4.1.4对控制作用的限制 134
4.2.数字控制器的连续化设计技术 135
4.2.1数字控制器的连续化设计步骤 135
4.2.2数字PID控制器的设计 138
4.2.3数字PID控制器的改进 141
4.2.4数字PID控制器的参数整定 146
4.3数字控制器的离散化设计技术 151
4.3.1数字控制器的离散化设计步骤 151
4.3.2根轨迹法 152
4.3.3最少拍控制器的设计 153
4.3.4最少拍有纹波控制器的设计 157
4.3.5最少拍无纹波控制器的设计 161
4.4纯滞后控制技术 164
4.4.1施密斯预估控制 164
4.4.2达林算法 167
4.5串级控制技术 171
4.5.1串级控制的结构和原理 171
4.5.2数字串级控制算法 172
4.5.3副回路微分先行串级控制算法 172
4.6前馈-反馈控制技术 174
4.6.1前馈控制的结构和原理 174
4.6.2前馈-反馈控制结构 175
4.6.3数字前馈-反馈控制算法 177
4.7解耦控制技术 178
4.7.1解耦控制原理 180
4.7.2数字解耦控制算法 182
4.8模糊控制技术 183
4.8.1模糊控制的数学基础 183
4.8.2模糊控制原理 188
4.8.3模糊控制器设计 192
习题 198
第5章 现代控制技术 200
5.1采用状态空间的输出反馈设计法 200
5.1.1连续状态方程的离散化 201
5.1.2最少拍无纹波系统的跟踪条件 201
5.1.3输出反馈设计法的设计步骤 202
5.2采用状态空间的极点配置设计法 205
5.2.1按极点配置设计控制规律 206
5.2.2按极点配置设计状态观测器 208
5.2.3按极点配置设计控制器 212
5.2.4跟踪系统设计 216
5.3采用状态空间的最优化设计法 218
5.3.1 LQ最优控制器设计 219
5.3.2状态最优估计器设计 223
5.3.3 LQG最优控制器设计 227
5.3.4跟踪系统的设计 228
习题 229
第6章 应用程序设计与实现技术 230
6.1程序设计技术 230
6.1.1模块化与结构化程序设计 230
6.1.2面向过程与面向对象的程序设计 232
6.1.3高级语言I/O控制台编程 233
6.2测量数据预处理技术 234
6.2.1误差自动标准 234
6.2.2线性化处理和非线性补偿 236
6.2.3标度变换方法 237
6.2.4越限报警处理 238
6.2.5量化误差来源 239
6.2.6 A/D、D/A及运算字长的选择 241
6.3数字控制器的工程实现 242
6.3.1给定值和被控量处理 243
6.3.2偏差处理 244
6.3.3控制算法的实现 245
6.3.4控制量处理 246
6.3.5自动/手动切换 247
6.4软件抗干扰技术 248
6.4.1数字滤波技术 248
6.4.2开关量的软件抗干扰技术 251
6.4.3指令冗余技术 251
6.4.4软件陷阱技术 252
习题 252
第7章 人机接口技术与监控组态软件 254
7.1人机接口技术 254
7.1.1 HMI/SCADA的含义 254
7.1.2基于VB/VC＋＋语言设计人机交互界面 255
7.2监控组态软件概述 256
7.2.1监控组态软件的体系结构及功能 256
7.2.2几种典型的自动化组态软件 257
7.3基于监控组态软件设计人机交互界面 258
7.4实时数据库 260
7.4.1实时数据库简介 260
7.4.2实时数据库的结构 263
7.4.3实时数据库应用的新领域——数据仓库 264
7.5监控组态软件的I/O设备驱动 265
7.6监控组态软件的网络通信功能 267
7.7监控组态软件的控制功能 269
7.7.1监控组态软件的控制功能概述 269
7.7.2监控组态软件控制功能模块 270
7.7.3监控组态软件的策略生成器 271
7.8计算机控制系统中的数据交换技术 272
7.8.1 DDE技术与应用 272
7.8.2 OPC技术与应用 273
7.9监控组态软件应用举例 277
7.9.1应用组态软件设计监控系统的步骤 277
7.9.2组态王软件应用工程分析 277
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 279
习题 283
第8章 分布式测控网络技术 284
8.1工业网络技术 284
8.1.1工业网络概述 284
8.1.2数据通信编码技术 292
8.1.3网络协议及其层次结构 293
8.1.4 IEEE 802标准 295
8.1.5工业网络的性能评价和选型 296
8.2分布式控制系统 297
8.2.1 DCS概述 297
8.2.2 DCS的分散控制级 302
8.2.3 DCS的集中监控级 305
8.2.4 DCS的综合管理级 307
8.3现场总线控制系统 310
8.3.1现场总线概述 310
8.3.2 5种典型的现场总线 315
8.3.3 FF现场总线技术 318
8.4工业以太网测控系统 320
8.4.1工业以太网测控系统概述 320
8.4.2工业以太网测控系统 322
8.5系统集成与集成自动化系统 325
8.5.1系统集成的含义与框架 325
8.5.2集成自动化系统的体系结构 328
8.6综合自动化技术 331
8.6.1 5层Purdue模型 331
8.6.2 ERP/MES/PCS三层结构 333
8.6.3综合自动化系统的实现 336
习题 340
第9章 计算机控制系统设计与实现 341
9.1系统设计的原则与步骤 341
9.1.1系统设计的原则 341
9.1.2系统设计的步骤 343
9.2系统的工程设计与实现 346
9.2.1系统总体方案设计 346
9.2.2硬件的工程设计与实现 347
9.2.3软件的工程设计与实现 349
9.2.4系统的调试与运行 352
9.3设计举例——啤酒发酵过程计算机控制系统 355
9.3.1啤酒发酵工艺及控制要求 355
9.3.2系统总体方案的设计 356
9.3.3系统硬件和软件的设计 357
9.3.4系统的安装调试运行及控制效果 361
9.4设计举例——机器人计算机控制系统 361
9.4.1 PUMA560机器人的结构原理 361
9.4.2机器人运动学方程 362
9.4.3机器人动力学方程 362
9.4.4机器人手臂的独立关节位置伺服控制 363
参考文献 366