目 錄

第1章 緒論 1
1.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述 2
1.1.1 微機(jī)控制系統(tǒng)的特征 2
1.1.2 微機(jī)控制系統(tǒng)硬件組成 5
1.1.3 微機(jī)控制系統(tǒng)軟件 7
1.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的典型形式 8
1.2.1 操作指導(dǎo)控制系統(tǒng) 8
1.2.2 直接數(shù)字控制系統(tǒng) 8
1.2.3 監(jiān)督式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 9
1.2.4 集散控制系統(tǒng) 9
1.2.5 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng) 10
1.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展概況
和趨勢(shì) 11
本章小結(jié) 12
思考與練習(xí) 13
第2章 輸入/輸出接口與過(guò)程通道 14
2.1 過(guò)程輸入/輸出通道概述 14
2.1.1 過(guò)程輸入/輸出通道的類型
及功能 14
2.1.2 過(guò)程輸入/輸出通道與CPU
交換的信息類型 14
2.1.3 過(guò)程通道的編址方式 15
2.2 模擬量輸入通道 15
2.2.1 模擬量輸入通道的結(jié)構(gòu) 15
2.2.2 信號(hào)調(diào)理 15
2.2.3 多路轉(zhuǎn)換器 16
2.2.4 采樣保持器 18
2.2.5 A/D轉(zhuǎn)換器 20
2.2.6 8位A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0809 22
2.2.7 12位A/D轉(zhuǎn)換器AD574 25
2.3 模擬量輸出通道 28
2.3.1 模擬量輸出通道的結(jié)構(gòu) 29
2.3.2 D/A轉(zhuǎn)換器 29

2.3.3 DAC0832 D/A轉(zhuǎn)換器芯片及其
接口電路 31
2.3.4 12位D/A轉(zhuǎn)換器DAC1210
芯片 35
2.3.5 模擬量輸出通道的設(shè)計(jì) 35
2.4 開關(guān)量輸入通道 37
2.4.1 開關(guān)量輸入通道的結(jié)構(gòu) 37
2.4.2 過(guò)程開關(guān)量的形式和變換 37
2.4.3 開關(guān)量輸入邏輯接口技術(shù) 41
2.5 開關(guān)量輸出通道 41
2.5.1 開關(guān)量輸出通道的結(jié)構(gòu) 41
2.5.2 開關(guān)量輸出邏輯的接口技術(shù) 42
2.5.3 典型功率驅(qū)動(dòng)電路 42
本章小結(jié) 43
思考與練習(xí) 44
第3章 計(jì)算機(jī)控制基礎(chǔ)理論 45
3.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的信號(hào)變換理論 45
3.1.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的信號(hào)形式 45
3.1.2 信號(hào)的采樣、量化、恢復(fù)及
保持 46
3.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述 49
3.2.1 z變換與逆z變換 49
3.2.2 線性定常離散系統(tǒng)的差分方程
及其求解 57
3.2.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的脈沖傳遞
函數(shù) 58
3.2.4 開環(huán)和閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù) 58
3.3 離散控制系統(tǒng)的特性分析 63
3.3.1 s平面到z平面的映射 63
3.3.2 離散控制系統(tǒng)穩(wěn)定的充要
條件 64
3.3.3 線性離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性判據(jù) 64
3.3.4 離散控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程分析 67

3.3.5 離散控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差分析 70
3.4 離散控制系統(tǒng)的根軌跡設(shè)計(jì)法 74
3.5 離散控制系統(tǒng)的頻域設(shè)計(jì)法 78
本章小結(jié) 80
思考與練習(xí) 80
第4章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的常規(guī)控制策略 82
4.1 PID算法的數(shù)字實(shí)現(xiàn) 82
4.1.1 PID控制規(guī)律及其調(diào)節(jié)作用 83
4.1.2 PID算法的數(shù)字實(shí)現(xiàn) 86
4.1.3 幾種改進(jìn)的PID控制算法 89
4.1.4 PID控制器的參數(shù)整定 95
4.2 最少拍無(wú)差隨動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 99
4.2.1 典型輸入下理想最少拍無(wú)差
系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 101
4.2.2 最少拍控制器的物理可實(shí)現(xiàn)性
和穩(wěn)定性要求 103
4.2.3 最少拍有紋波控制器的設(shè)計(jì) 105
4.2.4 最少拍無(wú)差控制器的局限性 108
4.3 最少拍無(wú)紋波隨動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 110
4.4 純滯后對(duì)象的控制算法—
大林算法 116
4.4.1 大林算法的設(shè)計(jì)原則及數(shù)字
控制器的形式 116
4.4.2 振鈴現(xiàn)象的產(chǎn)生和消除 117
4.4.3 大林算法的設(shè)計(jì)步驟 121
4.5 純滯后對(duì)象的控制算法—
施密斯（Smith）預(yù)估控制 122
4.5.1 Smith預(yù)估器原理 122
4.5.2 Smith補(bǔ)償器的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn) 124
本章小結(jié) 126
思考與練習(xí) 127
第5章 運(yùn)動(dòng)伺服的數(shù)字控制系統(tǒng) 128
5.1 運(yùn)動(dòng)伺服控制系統(tǒng)的基本組成
結(jié)構(gòu) 128
5.2 運(yùn)動(dòng)伺服控制系統(tǒng)中的位置
檢測(cè)器件 130
5.2.1 光電脈沖編碼器 131
5.2.2 感應(yīng)同步器 132

5.2.3 旋轉(zhuǎn)變壓器 133
5.3 直流電機(jī)伺服控制系統(tǒng) 136
5.3.1 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和
工作原理 136
5.3.2 直流電機(jī)的調(diào)速方法 138
5.3.3 調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo) 139
5.4 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng) 141
5.4.1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和
工作原理 141
5.4.2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的基本參數(shù) 143
5.4.3 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制方法 143
5.5 交流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng) 146
5.5.1 三相永磁同步電動(dòng)機(jī)的基本
結(jié)構(gòu)、工作原理與數(shù)學(xué)模型 146
5.5.2 矢量控制的基本原理 148
5.5.3 交流同步電動(dòng)機(jī)的矢量控制
系統(tǒng) 150
本章小結(jié) 150
思考與練習(xí) 150
第6章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的新型控制
策略 152
6.1 智能控制的研究現(xiàn)狀、主要特點(diǎn)
和基本應(yīng)用 152
6.2 模糊控制 155
6.2.1 模糊控制理論基礎(chǔ) 155
6.2.2 模糊控制系統(tǒng)的原理與設(shè)計(jì)
過(guò)程 163
6.2.3 模糊控制在溫控系統(tǒng)中的
應(yīng)用 165
6.3 神經(jīng)控制 170
6.3.1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)模型 170
6.3.2 BP網(wǎng)絡(luò) 173
6.3.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的結(jié)構(gòu) 176
6.4 遺傳算法 180
6.4.1 遺傳算法基礎(chǔ)理論 180
6.4.2 遺傳算法的改進(jìn)策略 181
6.5 專家控制 183
6.5.1 專家系統(tǒng)基本概念 183

6.5.2 專家系統(tǒng)的原理和結(jié)構(gòu) 184
6.5.3 專家控制系統(tǒng)的建立步驟與
設(shè)計(jì)原則 186
6.6 其他先進(jìn)控制技術(shù) 188
6.6.1 自適應(yīng)控制 188
6.6.2 魯棒控制 190
6.6.3 預(yù)測(cè)控制 191
6.6.4 量子控制 193
本章小結(jié) 195
思考與練習(xí) 196
第7章 控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及現(xiàn)場(chǎng)總線 197
7.1 控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)概述 197
7.1.1 企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的層次模型 197
7.1.2 控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別 198
7.1.3 控制網(wǎng)絡(luò)的類型 199
7.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 199
7.2.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展 199
7.2.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的功能與分類 200
7.2.3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) 203
7.3 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)技術(shù) 204
7.3.1 現(xiàn)場(chǎng)總線概述 205
7.3.2 現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn) 206
7.3.3 典型現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介 207
7.3.4 CAN總線 209
7.4 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)總線簡(jiǎn)介 218
7.4.1 總線的概念及分類 218
7.4.2 并行總線 218
7.4.3 串行總線 221
7.5 工業(yè)控制組態(tài)軟件技術(shù) 226
7.5.1 組態(tài)的概念 226
7.5.2 流行的工控組態(tài)軟件 227
本章小結(jié) 229
習(xí)題與思考 230
第8章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 231
8.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則與
步驟 231
8.1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則 231
8.1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟 233
8.2 系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 235
8.2.1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 235
8.2.2 硬件的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 236
8.2.3 軟件的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 237
8.2.4 系統(tǒng)的調(diào)試與運(yùn)行 238
8.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì) 238
8.3.1 干擾的分類 239
8.3.2 硬件抗干擾技術(shù) 240
8.3.3 軟件抗干擾技術(shù) 242
8.4 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 245
8.4.1 單回路電阻爐溫度控制系統(tǒng) 245
8.4.2 污水處理控制系統(tǒng) 253
本章小結(jié) 257
思考與練習(xí) 257
附錄A 課程設(shè)計(jì)實(shí)例 258
實(shí)例1 烘箱溫度計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)
設(shè)計(jì) 258
實(shí)例2 PID控制算法的MATLAB
仿真研究 260
實(shí)例3 微型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)
設(shè)計(jì) 262
參考文獻(xiàn) 264