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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PID 162

6.2.2　增量式PID 164

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