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基础篇——溯本而求源，温故而知新3

第1章 概述3

1.1 自动控制的基本概念3

1.1.1 自动控制的引例4

1.1.2 自动控制中的基本问题6

1.2 计算机控制系统8

1.2.1 计算机控制系统的结构8

1.2.2 计算机控制系统的分类9

1.2.3 计算机控制技术及其发展15

1.3 课程的研究内容和学习方法16

1.3.1 研究内容16

1.3.2 学习方法17

本章小结18

思考题与习题18

第2章 计算机控制系统的理论基础20

2.1 控制系统的数学模型20

2.1.1 控制系统的描述方法20

2.1.2 用微分方程表示的系统模型22

2.1.3 用脉冲响应表示的系统模型24

2.1.4 拉普拉斯变换24

2.1.5 用传递函数表示的系统模型26

2.1.6 系统的方框图28

2.1.7 状态空间概念和模型框图29

2.2 连续系统的分析和设计30

2.2.1 连续系统的性能指标30

2.2.2 连续系统的分析和设计方法回顾31

2.3 离散系统的描述方法36

2.3.1 离散系统与连续系统的关系36

2.3.2 采样过程和采样定理37

2.3.3 序列和差分方程39

2.3.4 用脉冲响应表示的离散系统模型41

2.3.5 z变换及其性质41

2.3.6 脉冲传递函数43

2.3.7 离散系统的状态空间描述45

2.3.8 离散系统的其他描述方法46

2.4 离散系统的分析46

2.4.1 s平面和z平面之间的映射46

2.4.2 稳定性分析48

2.4.3 静态误差分析48

2.4.4 动态特性分析50

本章小结51

思考题与习题51

第3章 数字控制器的设计与实现53

3.1 数字控制器的设计方法54

3.1.1 近似设计法54

3.1.2 解析设计法55

3.2 离散化方法55

3.2.1 积分变换法55

3.2.2 零极点匹配法58

3.2.3 等效变换法59

3.2.4 离散化方法比较60

3.3 PID控制61

3.3.1 PID控制的原理61

3.3.2 数字PID控制算法62

3.3.3 数字PID控制的参数整定66

3.4 最少拍随动系统69

3.4.1 最少拍随动系统的原理69

3.4.2 最少拍随动系统的设计70

3.4.3 最少拍无纹波随动系统的设计74

3.5 控制算法的实现77

3.5.1 实现框图与算法78

3.5.2 串行实现与并行实现81

本章小结83

思考题与习题83

技术篇——工欲善其事，必先利其器87

第4章 控制系统中的计算机及其接口技术87

4.1 工业控制计算机88

4.1.1 工业控制计算机的特点和结构88

4.1.2 嵌入式系统与单片机88

4.1.3 典型工业控制计算机的产品92

4.2 控制系统中的接口技术94

4.2.1 接口与总线94

4.2.2 并行接口98

4.2.3 串行接口100

4.2.4 现场总线113

4.3 控制系统中的人机交互技术116

4.3.1 人机交互及其要求116

4.3.2 人机交互的设计技术117

4.4 工业控制计算机软件系统简介117

4.4.1 系统软件117

4.4.2 应用软件120

本章小结120

思考题与习题121

第5章 计算机控制系统中的过程通道123

5.1 传感器与执行器124

5.1.1 传感器与变送器124

5.1.2 IEEE 1451智能变换器标准125

5.1.3 执行器及其分类128

5.1.4 伺服电机和步进电机129

5.1.5 变频器与电动执行器132

5.2 输入通道134

5.2.1 控制系统中的信号种类及特点134

5.2.2 数字量信号处理方式136

5.2.3 模拟量信号及处理方式143

5.2.4 数据采集的原理和实现156

5.3 输出通道159

5.3.1 输出通道的基本结构159

5.3.2 输出通道中的开关信号驱动160

5.3.3 输出通道中的模拟信号驱动166

5.3.4 电机控制175

本章小结181

思考题与习题182

第6章 控制系统的可靠性与抗干扰技术184

6.1 可靠性与抗干扰技术的基本概念184

6.1.1 可靠性的概念184

6.1.2 电磁兼容性186

6.1.3 噪声的分类和耦合方式188

6.1.4 控制系统可靠性设计的基本途径192

6.2 硬件的可靠性与抗干扰技术193

6.2.1 元器件与系统结构193

6.2.2 滤波与去耦电路195

6.2.3 隔离与屏蔽技术198

6.2.4 电源干扰的抑制与接地技术203

6.2.5 停电保护和热插拔技术207

6.2.6 Watchdog技术208

6.2.7 印制板的抗干扰措施209

6.3 软件的可靠性与抗干扰技术210

6.3.1 存储空间分配和程序结构的设计210

6.3.2 数字滤波技术212

6.3.3 数据的检错和纠错216

6.3.4 开机自检与故障诊断216

本章小结218

思考题与习题218

第7章 控制系统的组态软件220

7.1 工控组态软件概述220

7.1.1 组态软件及其特点220

7.1.2 组态软件的功能221

7.2 MCGS组态软件222

7.2.1 MCGS组态软件特点和组成223

7.2.2 MCGS工程构成224

7.2.3 MCGS组态过程238

本章小结242

思考题与习题242

第8章 集散控制系统244

8.1 DCS的产生与发展244

8.1.1 DCS的产生244

8.1.2 DCS的发展245

8.2 DCS的体系结构246

8.2.1 DCS的分层结构246

8.2.2 DCS的核心部件247

8.2.3 DCS的通信网络248

8.3 DCS组态软件248

8.3.1 功能和特点248

8.3.2 编程语言和系统监控248

8.4 WebField JX-300XP控制系统249

8.4.1 概述249

8.4.2 JX-300XP系统的组成249

8.4.3 JX-300XP系统的硬件251

8.4.4 JX-300XP系统的软件261

本章小结268

思考题与习题269

应用篇——学以致用，用学相长273

第9章 计算机控制系统的解决方案273

9.1 基于嵌入式系统的解决方案273

9.1.1 组成和特点273

9.1.2 案例1——由嵌入式系统控制的全自动洗衣机274

9.2 基于智能控制仪表的解决方案283

9.2.1 组成和特点283

9.2.2 案例2——基于智能控制仪表的电阻炉温度控制系统285

9.3 基于可编程逻辑控制器的解决方案293

9.3.1 组成和特点293

9.3.2 案例3——PLC控制的工业洗衣机294

9.4 基于分布式数据采集与控制模块的解决方案300

9.4.1 组成和特点300

9.4.2 案例4——潮流水槽计算机检测与控制系统301

9.5 基于可编程自动化控制器的解决方案308

9.5.1 组成和特点308

9.5.2 案例5——PAC在桥梁健康检测系统中的应用309

本章小结311

思考题与习题311

第10章 计算机控制技术在简单过程控制中的应用313

10.1 实例1——水箱液位控制313

10.1.1 被控对象和控制方案313

10.1.2 硬件组成315

10.1.3 组态过程316

10.1.4 PID参数整定过程319

10.2 实例2——锅炉温度控制320

10.2.1 被控对象和控制方案320

10.2.2 硬件组成321

10.2.3 组态过程324

10.2.4 PID算法设计327

本章小结328

思考题与习题329

第11章 计算机控制技术在流程工业自动化中的应用330

11.1 DCS在循环流化床锅炉中的应用330

11.1.1 工艺介绍330

11.1.2 系统设计332

11.1.3 系统组态333

11.1.4 控制流程338

11.1.5 系统运行342

11.2 DCS在大中型氮肥装置中的应用343

11.2.1 工艺介绍343

11.2.2 系统设计346

11.2.3 系统组态347

11.2.4 控制流程349

11.2.5 系统运行360

本章小结360

思考题与习题360

附录 有关工业自动化产品及企业网址361

参考文献362