1 绪论 1
1.1 现代机械系统的概念 1
1.2 机械系统的计算机控制 1
1.2.1 机械系统的控制 1
1.2.2 典型的计算机控制系统的组成 3
1.3 机械系统计算机控制的工作原理 4
1.4 计算机控制系统的特点 5
1.5 常用计算机控制方式 6
1.6 计算机控制系统常用的计算机种类 7
1.6.1 单片微处理器 8
1.6.2 工业控制计算机（IPC） 8
1.6.3 可编程序控制器（PLC） 8
2 数字控制器的设计 10
2.1 概述 10
2.2 计算机控制系统的模拟—离散设计方法 10
2.2.1 模拟PID控制器的基本算法 10
2.2.2 数字PID 11
2.2.3 数字PID的改进算法 12
2.2.4 PID控制器的参数整定 16
2.3 计算机控制系统的离散化设计 18
2.3.1 Z变换 18
2.3.2 数字控制器的设计步骤 19
2.3.3 最少拍系统控制器的设计 20
2.3.4 最少拍无纹波系统控制器的设计 24
3 机械系统常用的计算机复杂控制策略 27
3.1 串级控制系统的实现 27
3.2 前馈-反馈控制系统实现 28
3.2.1 前馈控制的结构 29
3.2.2 前馈-反馈控制结构 29
3.3 现迹控制 30
3.3.1 概述 30
3.3.2 脉冲增量插补 31
3.3.3 数字增量插补 42
4 常用传感器介绍 46
4.1 概述 46
4.1.1 检测系统的作用及组成 46
4.1.2 对传感器的要求及分类 46
4.1.3 传感器的评价及选择 47
4.2 接近开关和光电开关 48
4.2.1 接近开关 48
4.2.2 光电开关 49
4.3 编码器 51
4.3.1 编码器分类 51
4.3.2 编码器原理 51
4.3.3 增量式编码器在测速中的应用 54
4.4 光栅尺 55
4.5 旋转变压器 59
4.5.1 有刷旋转变压器 59
4.5.2 无刷旋转变压器 60
4.6 感应同步器 60
5 伺服驱动及控制系统 63
5.1 概述 63
5.1.1 伺服系统的基本要求 63
5.1.2 伺服驱动系统分类 64
5.2 电气伺服系统执行电动机的选择 65
5.2.1 执行电动机种类及特点 66
5.2.2 执行电机的选择 69
5.3 直流伺服电机驱动控制系统 70
5.3.1 直流伺服电机特性 70
5.3.2 直流伺服电动机的基本结构 71
5.3.3 直流伺服电机的驱动 72
5.4 交流伺服驱动系统 75
5.4.1 永磁交流伺服电机的特性 75
5.4.2 交流伺服电机变频调速 76
5.4.3 交流同步伺服电动机PWM调速系统 77
5.5 步进式伺服驱动系统 79
5.5.1 步进电机的工作方式 79
5.5.2 步进电机的运行特性 80
5.5.3 步进电机开环系统 80
5.5.4 步进电机的功率驱动电路 82
5.6 数字伺服控制系统 83
5.6.1 步进电动机控制技术 83
5.6.2 伺服电动机位置闭环控制 85
5.6.3 数字伺服系统常规控制规律 88
6 机械系统中工业控制计算机（IPC）的应用 91
6.1 工控机概述 91
6.1.1 IPC系统的组成 91
6.1.2 工业控制计算机的特点 92
6.1.3 常用工控机介绍 93
6.2 IPC控制系统硬件配置 94
6.2.1 工控计算机系统总线类型及特点 94
6.2.2 外围接口部件 96
6.3 工控软件简介 99
6.4 IPC控制系统实例 103
6.4.1 FIX组态软件在胶带监控系统中的应用 103
6.4.2 微机宽度测控系统在钢板剪切中的应用 106
6.4.3 SIA.ARC六轴机器人控制器 109
7 机械系统中PLC的应用 113
7.1 PLC概述 113
7.1.1 PLC的特点 113
7.1.2 PLC的功能 114
7.1.3 PLC的分类 114
7.1.4 PLC现状和发展方向 114
7.2 PLC的基本结构及工作原理 115
7.2.1 PLC的基本结构 115
7.2.2 PLC的工作原理 117
7.2.3 PLC程序设计语言 118
7.3 西门子S7 PLC系统简介 118
7.3.1 S7-200指令系统 118
7.3.2 S7-200通讯 128
7.4 PLC设计方法 132
7.4.1 PLC控制系统硬件设计 132
7.4.2 软件编制方法 135
7.5 PLC控制系统实例 136
7.5.1 S7-200 PLC在造纸精浆机控制系统中的应用 136
7.5.2 S7-300组成的典型控制系统结构 140
7.6 提高PLC控制系统可靠性的措施 141
7.6.1 影响PLC控制系统可靠性的主要因素 141
7.6.2 提高PLC控制系统可靠性的措施 142
7.7 PLC系统故障检查步骤 144
7.7.1 总体检查 144
7.7.2 电源故障检查 144
7.7.3 运行故障检查 145
7.7.4 输入输出故障检查 145
8 微处理机在数控机床中的应用 148
8.1 数控机床概述 148
8.1.1 数控机床的组成 148
8.1.2 数控机床的分类 149
8.2 经济型数控系统 150
8.2.1 概 述 150
8.2.2 经济型数控系统组成 151
8.3 中高档数控系统 154
8.3.1 中高档数控系统组成 154
8.3.2 机床进给伺服系统 160
8.3.3 机床用主轴伺服系统 162
8.4 基于IPC的开放性数控系统 164
8.4.1 智能化伺服控制卡介绍 164
8.4.2 DMC300系列运动控制卡 166
8.4.3 基于DSP的多轴运动控制卡——PMAC开放式数控系统介绍 167
9 机械系统中现场总线的应用 172
9.1 现场总线简介 172
9.1.1 现场总线 172
9.1.2 现场总线的技术特点 173
9.1.3 现场总线优点 173
9.1.4 典型现场总线简介 174
9.1.5 现场总线技术展望与发展趋势 177
9.2 现场总线控制系统 178
9.2.1 现场总线访问方法 178
9.2.2 总线拓扑结构 178
9.2.3 现场总线控制系统总体结构 179
9.2.4 现场总线控制系统组成 180
9.3 基于PROFIBUSDP网络的控制系统应用实例 181
9.3.1 冷轧机组现场总线应用实例 181
9.3.2 带材机组现场总线应用实例 182
10 机械系统计算机控制系统设计 184
10.1 机械系统计算机控制系统设计原则与步骤 184
10.1.1 计算机控制机械系统的设计原则 184
10.1.2 计算机控制机械系统的设计步骤 184
10.2 计算机控制系统抗干扰及提高可靠性的方法 188
10.2.1 干扰的产生和传递 188
10.2.2 常用抗干扰方法 189
10.2.3 提高可靠性的方法 195
11 智能控制原理及其在机器人中的应用 197
11.1 智能控制概述 197
11.2 智能控制类型 199
11.3 智能控制在PID中的应用 201
11.3.1 专家式PID自整定控制 201
11.3.2 模糊PID控制 202
11.4 智能控制在工业机器人中的应用 205
11.4.1 工业机器人控制系统概述 205
11.4.2 工业机器人控制系统结构 208
11.4.3 工业机器人常规控制 208
11.4.4 工业机器人的智能控制——人工神经网络控制简介 211
11.4.5 工业机器人控制系统实例 216
12 MATLAB介绍 220
12.1 MATLAB概述 220
12.2 MATLAB的基本知识 220
12.3 运 算 222
12.3.1 算术运算 222
12.3.2 关系运算 223
12.3.3 逻辑运算 223
12.3.4 矩阵函数 223
12.4 多项式及信号处理 223
12.4.1 多项式 223
12.4.2 信号处理函数 224
12.5 简单图形 226
12.6 控制流程 226
12.6.1 循环语句 226
12.6.2 条件转移语句 227
12.7 MATLAB函数编写方法与应用 228
12.8 控制系统软件包使用方法 229
12.8.1 系统模型 229
12.8.2 分析函数 231
12.8.3 控制系统的稳定性分析 231
12.8.4 Simulink 232
12.9 MATLAB神经网络工具箱 233
12.10 CtrlLAB工具箱介绍及应用 235
12.10.1 CtrlLAB功能简介 235
12.10.2 CtrlLAB程序的运行 236
12.10.3 系统模型输入与转换 236
12.10.4 控制系统分析 236
12.10.5 系统设计 237
习题 240
参考文献 242
附录 243