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1 计算机控制系统概论1

1.1 计算机控制系统分类1

1.1.1 典型的计算机控制系统1

1.1.2 计算机控制系统分类4

1.1.3 计算机控制系统的特点9

1.2 计算机控制系统原理和组成9

1.2.1 计算机控制系统基本原理10

1.2.2 计算机控制系统的硬件组成11

1.2.3 计算机控制系统的软件组成13

1.3 计算机控制系统的性能及其指标13

1.3.1 计算机控制系统的性能指标13

1.3.2 控制对象对控制性能的影响14

1.3.3 控制系统的工业控制机特点15

1.4 计算机控制的发展与展望16

1.4.1 现代计算机控制系统概论16

1.4.2 新型控制策略与计算机控制系统17

1.4.3 计算机控制系统软件技术的新发展19

1.4.4 计算机控制系统的发展趋势20

思考题和习题22

2 过程输入输出通道技术23

2.1 过程输入输出通道概述23

2.1.1 模拟量输入通道的一般结构23

2.1.2 模拟量输出通道的基本结构24

2.1.3 开关量(数字量)输入通道的基本结构24

2.1.4 开关量(数字量)输出通道的基本结构25

2.2 数字量输入输出通道25

2.2.1 数字量输入输出接口技术25

2.2.2 数字量输入通道26

2.2.3 数字量输出通道28

2.3 模拟量输出通道29

2.3.1 D/A转换器概述29

2.3.2 常用D/A转换器及其接口技术31

2.3.3 D/A转换模板35

2.4 模拟量输入输出通道38

2.4.1 模拟量输入通道中的信号变换38

2.4.2 A/D转换器39

2.4.3 常用A/D转换器及其接口技术42

2.4.4 A/D转换模板47

2.5 数据采集系统实例51

2.5.1 数据采集系统的组成及基本功能51

2.5.2 数据采集系统设计举例52

思考题和习题56

3 数字控制器的设计57

3.1 概述57

3.1.1 模拟化设计方法58

3.1.2 离散化设计方法58

3.1.3 两种方法的比较58

3.2 模拟控制器的离散化59

3.2.1 Z变换法59

3.2.2 带有零阶保持器的Z变换法60

3.2.3 差分变换法60

3.2.4 双线性变换法61

3.2.5 各种离散化方法的比较63

3.3 数字PID控制64

3.3.1 理想微分PID控制64

3.3.2 实际微分PID控制65

3.3.3 控制算法实施中的具体问题69

3.4 数字PID控制算式的改进73

3.4.1 微分先行73

3.4.2 带死区的PID算法73

3.4.3 积分分离PID算法74

3.4.4 IPD算法75

3.5 数字PID参数整定方法75

3.5.1 PID控制器参数对系统性能的影响76

3.5.2 采样周期T的选择76

3.5.3 控制规律的选择78

3.5.4 扩充比例度法78

3.5.5 扩充响应曲线法(动态特性法)80

3.5.6 衰减曲线法80

3.5.7 数字PID的变参数整定80

3.5.8 数字PID参数的最优整定81

3.6 数字控制器的直接设计方法83

3.6.1 最少拍随动系统设计83

3.6.2 最少拍无纹波随动系统的设计86

3.6.3 大林控制算法89

3.7 数字控制器的计算机实现94

3.7.1 直接型(Ⅰ)94

3.7.2 直接型(Ⅱ)95

3.7.3 串联型实现96

3.7.4 并联型的实现98

3.7.5 控制算法实现举例99

3.7.6 控制算法的程序实现100

思考题和习题102

4 工业控制计算机组成概述103

4.1 工业控制计算机及发展演变103

4.1.1 工业控制计算机的组成结构及特点103

4.1.2 工业控制机总线结构106

4.1.3 工业控制机进展117

4.2 总线工控机产品119

4.2.1 IPC工业控制机119

4.2.2 外围接口部件123

4.2.3 工业控制系统中的人-机接口技术127

4.2.4 嵌入式PC机131

4.2.5 ADAM5510“嵌入式”控制器137

4.3 可编程逻辑控制器(PLC)142

4.3.1 PLC发展及工控特点142

4.3.2 PLC产品概览145

4.3.3 西门子(SIEMENS)可编程控制器145

4.4 硬件系统集成应用151

4.4.1 硬件组态集成概述151

4.4.2 系统集成举例153

思考题和习题157

5 控制系统应用程序设计158

5.1 工控机软件组成158

5.1.1 系统软件158

5.1.2 开发工具软件161

5.1.3 应用软件165

5.2 控制环节的软件思路166

5.2.1 数据结构及其应用166

5.2.2 测量数据预处理技术170

5.2.3 数字控制器的工程实现174

5.2.4 系统的有限字长数值问题175

5.2.5 软件抗干扰技术178

5.3 控制环节程序范例181

5.3.1 标度变换程序181

5.3.2 数字滤波程序183

5.3.3 数字PID算法程序184

5.3.4 串行通信程序189

5.4 监控组态软件193

5.4.1 概述193

5.4.2 组态软件的功能简介193

5.4.3 世纪星组态软件简介195

5.4.4 组态软件应用198

思考题和习题200

6 计算机控制策略与实现201

6.1 串级控制201

6.2 前馈控制202

6.2.1 基本概念202

6.2.2 应用的举例205

6.3 大纯滞后控制208

6.3.1 Smith预估时间补偿209

6.3.2 纯滞后采样控制211

6.4 计算指标控制214

6.5 超驰控制系统217

6.6 Bang-Bang控制218

6.6.1 概念218

6.6.2 开关曲线219

6.6.3 双模调节221

6.7 预测控制223

6.7.1 预测控制的结构形式223

6.7.2 模型算法控制224

6.7.3 动态矩阵控制226

6.7.4 预测控制的性质232

思考题和习题233

7 计算机控制系统设计与实现234

7.1 控制系统的工程设计方法234

7.1.1 系统设计的原则234

7.1.2 工程项目的确定236

7.1.3 工程项目的设计237

7.1.4 项目仿真与调试238

7.2 控制系统可靠性技术239

7.2.1 工业控制机的可靠性措施239

7.2.2 控制系统的抗干扰措施241

7.2.3 软件设计的可靠性措施245

7.3 控制系统的设计与实现246

7.3.1 系统总体方案设计246

7.3.2 硬件的工程设计与实现247

7.3.3 软件的工程设计与实现249

7.3.4 系统的调试与运行252

7.4 控制系统经济式设计与实现范例255

7.4.1 概述255

7.4.2 方案设计255

7.4.3 硬软件设计与调试256

7.5 控制系统集成式设计与实现范例260

7.5.1 范例对象描述与需求分析261

7.5.2 方案设计系统集成262

思考题和习题268

8 网络集成式分散控制系统269

8.1 数据通信与工业网络269

8.1.1 概述269

8.1.2 网络标准与通信协议271

8.1.3 工业控制网络结构与数据收发控制方式274

8.1.4 工业网络的性能评价和选型274

8.2 集散控制系统276

8.2.1 DCS概述276

8.2.2 DCS的分散过程控制级280

8.2.3 DCS的集中操作监控级282

8.2.4 DCS的综合信息管理级282

8.2.5 TDCS-3000集散控制系统简介284

8.3 现场总线控制系统285

8.3.1 现场总线概述285

8.3.2 FCS体系结构290

8.4 移动式混凝土厂拌设备FCS系统实例292

8.4.1 概述292

8.4.2 现场测控仪表设计与实现294

8.4.3 控制系统及上位机设计297

8.4.4 混凝土站网络集成式控制管理系统299

思考题和习题300

有关计算机控制系统的网站地址301

参考文献303