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第一章　绪论1

1.1 计算机控制系统的基本概念1

1.1.1　计算机控制系统的定义1

1.1.2　计算机控制的发展概况2

1.1.3　计算机控制系统的组成3

1.2　计算机控制系统的分类与特点3

1.2.1　计算机控制系统的分类3

1.2.2　计算机控制系统的发展6

1.2.3　计算机控制系统的特点9

1.2.4　工业控制计算机的要求9

1.3　计算机控制系统仿真技术9

习题15

第二章　过程输入／输出通道16

2.1　概述16

2.1.1　过程通道的分类及基本结构16

2.1.2　人机接口及其应用18

2.2　采样与量化28

2.2.1　采样过程与采样定理28

2.2.2　量化与复现重构30

2.2.3　采样周期的选择34

2.3　模拟量输入通道35

2.3.1　模拟量输入通道的组成35

2.3.2　A/D转换器及接口37

2.3.3　多路转换器41

2.3.4　采样与保持42

2.4　模拟量输出通道45

2.4.1　多路模拟输出的结构形式45

2.4.2　D/A转换接口技术46

2.5　数字量输入／输出通道51

2.5.1　数字量输入通道51

2.5.2　数字量输出通道54

2.5.3　数字量接口典型应用57

2.6　工业控制计算机I/O模板60

2.6.1　概述60

2.6.2　典型应用65

本章小节70

习题71

第三章　数据采集与数据处理72

3.1　概述72

3.1.1　数据采集系统的基本结构和功能72

3.1.2　数据采集系统的发展73

3.2　数字滤波74

3.2.1　程序判断滤波74

3.2.2　算术平均滤波77

3.2.3　加权平均滤波78

3.2.4 中值滤波79

3.2.5　惯性滤波81

3.2.6　复合滤波83

3.2.7　高通滤波84

3.2.8　带通滤波84

3.2.9　数字滤波小结85

3.3　线性化处理85

3.3.1　计算法85

3.3.2　查表法与插值逼近87

3.3.3　折线近似88

3.4　误差修正和标度变换89

3.4.1　误差修正89

3.4.2　标度变换90

3.5　应用实例——二级分布式数据采集系统92

3.5.1 系统功能92

3.5.2　系统硬件组成92

3.5.3　系统软件组成93

本章小结94

习题94

第四章　程序控制和数值控制96

4.1　微型计算机顺序控制器96

4.1.1　顺序控制97

4.1.2　顺序控制器97

4.2　数字程序控制104

4.2.1　微机数控系统的组成与分类104

4.2.2　数值控制的基本原理105

4.2.3　逐点比较法插补原理106

4.3　步进电机的控制117

4.3.1 步进电机的工作原理117

4.3.2　步进电机控制系统原理119

4.3.3　步进电机控制程序的设计125

4.3.4　步进电机变速控制程序128

4.3.5　单片机步进电机应用举例130

本章小结135

习题135

第五章　控制规律的离散化设计136

5.1　最小拍控制器设计137

5.1.1　最小拍有纹波控制器的设计原理与设计方法137

5.1.2　最小拍有纹波系统存在的主要问题142

5.1.3　最小拍无纹波控制器设计144

5.2　数字控制器的计算机实现149

5.2.1　直接程序法149

5.2.2　串行程序法151

5.2.3　并行程序法152

5.2.4　小结及例题153

5.3　应用实例——示教机械手控制154

5.3.1　工作原理154

5.3.2　数字调节器的设计与实现156

本章小结158

习题159

第六章　控制规律的模拟化设计161

6.1　概述161

6.1.1　模拟化设计方法的主要特点161

6.1.2　模拟化设计方法的分类162

6.1.3　模拟化设计方法的基本条件162

6.2　基本数字PID控制162

6.2.1　位置式PID162

6.2.2　增量式PID164

6.2.3　几种基本PID算法的比较165

6.3　数字PID的改进165

6.3.1　抑制积分饱和的方法165

6.3.2　抑制干扰的方法169

6.3.3　带死区的PID算法172

6.3.4　阻尼PID算法173

6.3.5 采样PID算法173

6.4　模拟校正网络的数字滤波器实现175

6.4.1　冲激响应不变法175

6.4.2　零—极点匹配法177

6.4.3　零阶保持器法179

6.4.4　双线性变换法180

6.4.5　差分变换法181

6.4.6　几种离散化方法的比较182

6.5　MATLAB语言在数字控制器模拟化设计中的应用182

6.6　应用举例——隧道窑计算机控制系统184

6.6.1　控制系统的功能184

6.6.2　硬件系统的组成184

6.6.3　软件系统的设计185

本章小结185

习题186

第七章　复杂控制规律的设计188

7.1　大林（Dahlin）算法188

7.1.1　适用对象188

7.1.2　期望设计目标189

7.1.3　设计步骤189

7.1.4　振铃现象及其消除190

7.2　史密斯（Smith）预估控制191

7.2.1　Smith预估控制原理191

7.2.2　Smith预估控制算法的数字实现192

7.2.3　Dahlin算法和Smith预估控制的比较194

7.3 串级控制195

7.3.1 串级控制系统的工作原理195

7.3.2　串级控制系统的特点196

7.3.3　串级控制的数字实现197

7.3.4　串级控制系统的设计198

7.3.5　串级控制系统控制规律的选择198

7.3.6　串级控制系统的整定198

7.4　前馈控制200

7.4.1　前馈控制系统的概念200

7.4.2　前馈控制系统的完全补偿算法201

7.4.3　前馈控制系统的特点201

7.4.4　前馈反馈控制系统201

7.5　应用实例203

7.5.1　合成氨温度控制系统203

7.5.2　锅炉汽包水位控制系统205

本章小结206

习题206

第八章 计算机控制系统的设计与实现207

8.1　计算机控制系统设计的基本方法和步骤207

8.1.1 系统设计的基本步骤208

8.1.2　系统的总体设计和可行性评价208

8.1.3　控制主机和I/O通道的选择210

8.1.4　控制算法的确定与应用程序设计211

8.1.5　系统的调试与试运行212

8.2　计算机控制系统的可靠性213

8.2.1　概述213

8.2.2　系统硬件的可靠性214

8.2.3　系统软件的可靠性216

8.3　计算机控制系统的抗干扰技术218

8.3.1　干扰源及其传播路径219

8.3.2　空间抗干扰措施219

8.3.3　I/O通道抗干扰措施220

8.3.4　电源系统抗干扰措施221

8.3.5　地线配置抗干扰措施222

8.3.6　软件系统抗干扰措施223

8.4　应用举例——工业过程控制系统224

8.4.1　控制系统的功能224

8.4.2　硬件系统的组成225

8.4.3　软件系统的设计228

本章小结229

习题229

参考文献232