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第1章 绪论1

1.1　计算机控制系统概述1

1.1.1　计算机控制系统2

1.1.2　计算机控制系统的组成3

1.1.3　常用的计算机控制系统主机3

1.2　计算机控制系统的典型形式5

1.2.1　操作指导控制系统5

1.2.2　直接数字控制系统6

1.2.3　监督控制系统6

1.2.4　集散控制系统7

1.2.5　现场总线控制系统7

1.2.6　综合自动化系统8

1.3　工业控制机的组成结构及特点8

1.3.1　工业控制机的组成9

1.3.2　工业控制机的总线结构10

1.3.3　工业控制机的特点17

1.4　计算机控制系统的发展概况和趋势17

1.4.1　计算机控制系统的发展概况17

1.4.2　计算机控制系统的发展趋势20

习题121

第2章　输入输出接口与过程通道22

2.1　总线扩展技术22

2.1.1　I/O端口与地址分配22

2.1.2　I/O端口地址译码技术24

2.1.3　基于ISA总线的端口扩展26

2.2　数字量输入输出接口与过程通道28

2.2.1　数字量输入输出接口技术28

2.2.2　数字量输入通道29

2.2.3　数字量输出通道30

2.2.4　数字量输入输出通道模板应用举例32

2.3　模拟量输入接口与过程通道33

2.3.1　模拟量输入通道的组成33

2.3.2　信号调理和I/V变换34

2.3.3　多路转换器37

2.3.4　采样、量化及采样／保持器38

2.3.5　A/D转换器及其接口技术41

2.3.6　模拟量输入通道模板应用举例45

2.4　模拟量输出接口与过程通道47

2.4.1　模拟量输出通道的结构形式48

2.4.2　D/A转换器及其接口技术48

2.4.3　单极性与双极性电压输出电路50

2.4.4　V/I变换51

2.4.5　模拟量输出通道模板应用举例52

2.5　硬件抗干扰技术54

2.5.1　过程通道抗干扰技术55

2.5.2　主机抗干扰技术61

2.5.3　系统供电与接地技术63

习题268

第3章　数字控制技术69

3.1　数字控制基础69

3.1.1　数控技术发展概况69

3.1.2　数字控制原理70

3.1.3　数字控制方式71

3.1.4　数字控制系统72

3.1.5　数控系统的分类73

3.2　插补原理74

3.2.1　逐点比较法的直线插补75

3.2.2　逐点比较法圆弧插补78

3.2.3　数字积分插补法81

3.3　多轴步进驱动控制技术86

3.3.1　步进电机的分类87

3.3.2　步进电机的工作原理87

3.3.3　步进电机的工作方式88

3.3.4　步进电机控制接口及输出字表89

3.3.5　步进电机控制程序90

3.3.6　数控系统设计举例——三轴步进电机控制91

3.4　多轴伺服驱动控制技术94

3.4.1　伺服系统94

3.4.2　现代运动控制技术95

3.4.3　数控系统设计举例——基于PC的多轴运动控制96

习题3100

第4章　常规及复杂控制技术101

4.1　控制系统的性能指标101

4.1.1　稳态性能指标101

4.1.2　动态性能指标102

4.1.3　抗干扰性能102

4.1.4　对控制作用的限制102

4.2　数字控制器的连续化设计技术103

4.2.1　数字控制器的连续化设计步骤103

4.2.2　数字PID控制器的设计106

4.2.3　数字PID控制器的改进109

4.2.4　数字PID控制器的参数整定114

4.3　数字控制器的离散化设计技术118

4.3.1　数字控制器的离散化设计步骤119

4.3.2　根轨迹法120

4.3.3　最少拍控制器的设计120

4.3.4　最少拍有纹波控制器的设计125

4.3.5　最少拍无纹波控制器的设计127

4.4　纯滞后控制技术131

4.4.1　施密斯（Smith）预估控制131

4.4.2　达林（Dahlin）算法133

4.5　串级控制技术137

4.5.1 串级控制的结构和原理138

4.5.2　数字串级控制算法138

4.5.3　副回路微分先行串级控制算法139

4.6　前馈-反馈控制技术141

4.6.1　前馈控制的结构和原理141

4.6.2　前馈-反馈控制结构142

4.6.3　数字前馈-反馈控制算法144

4.7　解耦控制技术145

4.7.1　解耦控制原理146

4.7.2　数字解耦控制算法148

4.8　模糊控制技术149

4.8.1　模糊控制的数学基础149

4.8.2　模糊控制原理155

4.8.3　模糊控制器设计159

习题4165

第5章　现代控制技术167

5.1　采用状态空间的输出反馈设计法167

5.1.1　连续状态方程的离散化168

5.1.2　最少拍无纹波系统的跟踪条件168

5.1.3　输出反馈设计法的设计步骤169

5.2　采用状态空间的极点配置设计法172

5.2.1　按极点配置设计控制规律172

5.2.2　按极点配置设计状态观测器175

5.2.3　按极点配置设计控制器179

5.2.4　跟踪系统设计183

5.3　采用状态空间的最优化设计法185

5.3.1　LQ最优控制器设计185

5.3.2　状态最优估计器设计189

5.3.3　LQG最优控制器设计194

5.3.4　跟踪系统的设计194

习题5195

第6章　应用程序设计与实现技术196

6.1　程序设计技术196

6.1.1　模块化与结构化程序设计197

6.1.2　面向过程与面向对象的程序设计198

6.1.3　高级语言I/O控制台编程199

6.2　测量数据预处理技术200

6.2.1　误差自动标准200

6.2.2　线性化处理和非线性补偿201

6.2.3　标度变换方法203

6.2.4　越限报警处理204

6.2.5　量化误差来源205

6.2.6　A/D、D/A及运算字长的选择207

6.3　数字控制器的工程实现208

6.3.1　给定值和被控量处理209

6.3.2　偏差处理210

6.3.3　控制算法的实现211

6.3.4　控制量处理211

6.3.5 自动／手动切换212

6.4　软件抗干扰技术214

6.4.1　数字滤波技术214

6.4.2　开关量的软件抗干扰技术216

6.4.3　指令冗余技术217

6.4.4　软件陷阱技术217

习题6218

第7章 人机接口技术与监控组态软件219

7.1　人机接口技术219

7.1.1 HMI/SCADA的含义219

7.1.2　基于VB/V C＋＋语言设计人机交互界面220

7.2　监控组态软件概述221

7.2.1　监控组态软件的体系结构及功能221

7.2.2　几种典型的自动化组态软件222

7.3　基于监控组态软件设计人机交互界面223

7.4　实时数据库225

7.4.1　实时数据库简介225

7.4.2　实时数据库的结构228

7.4.3　实时数据库应用的新领域——数据仓库229

7.5　监控组态软件的I/O设备驱动230

7.6　监控组态软件的网络通信功能232

7.7　监控组态软件的控制功能234

7.7.1　监控组态软件的控制功能概述234

7.7.2　监控组态软件控制功能模块235

7.7.3　监控组态软件的策略生成器236

7.8　计算机控制系统中的数据交换技术237

7.8.1　DDE技术与应用237

7.8.2 OPC技术与应用238

7.9　监控组态软件应用举例241

7.9.1　应用组态软件设计监控系统的步骤242

7.9.2　组态王软件应用工程分析242

7.9.3　基于组态王软件的串联双容水箱液位监控系统设计244

习题7248

第8章　分布式测控网络技术249

8.1　工业网络技术249

8.1.1　工业网络概述249

8.1.2　数据通信编码技术257

8.1.3　网络协议及其层次结构258

8.1.4　IEEE 802标准259

8.1.5　工业网络的性能评价和选型260

8.2　基于串行总线的测控网络技术262

8.2.1　RS-232/RS-422/RS-485串行通信总线262

8.2.2　RS-485总线测控网络设计265

8.2.3　RS-485总线测控网络设计举例267

8.3　分布式控制系统270

8.3.1　DCS概述270

8.3.2　DCS的分散过程控制级274

8.3.3　DCS的集中操作监控级277

8.3.4　DCS的综合信息管理级279

8.4　现场总线控制系统281

8.4.1　现场总线概述282

8.4.2　CAN总线技术287

8.4.3　Profibus总线技术289

8.4.4　FF现场总线技术291

8.4.5　工业以太网294

8.4.6　设计举例——基于PLC的Profibus测控网络295

8.5　系统集成与集成自动化系统297

8.5.1　系统集成的含义与框架297

8.5.2　集成自动化系统的体系结构299

8.6　综合自动化系统303

8.6.1　企业综合自动化技术303

8.6.2　五层Purdue模型303

8.6.3　ERP/MES/PCS三层结构305

习题8308

第9章　计算机控制系统设计与实现309

9.1　系统设计的原则与步骤309

9.1.1　系统设计的原则309

9.1.2　系统设计的步骤311

9.2　系统的工程设计与实现313

9.2.1　系统总体方案设计314

9.2.2　硬件的工程设计与实现315

9.2.3　软件的工程设计与实现317

9.2.4　系统的调试与运行319

9.3　设计举例——啤酒发酵计算机过程控制系统323

9.3.1　啤酒发酵工艺及控制要求323

9.3.2　系统总体方案的设计324

9.3.3　系统硬件和软件的设计325

9.3.4　系统的安装调试运行及控制效果328

9.4　设计举例——机器人计算机控制系统329

9.4.1　PUMA560机器人的结构原理329

9.4.2　机器人运动学方程330

9.4.3　机器人动力学方程330

9.4.4　机器人手臂的独立关节位置伺服控制331

参考文献333