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第1章 计算机控制系统概述1

1.1 计算机控制系统特征与组成1

1.1.1 计算机控制系统的特征与工作原理1

1.1.2 计算机控制系统的硬件组成4

1.1.3 计算机控制系统的软件6

1.2 计算机控制系统的分类6

1.2.1 操作指导控制系统6

1.2.2 直接数字控制系统7

1.2.3 监督计算机控制系统7

1.2.4 集散控制系统8

1.2.5 现场总线控制系统9

1.2.6 计算机集成制造系统10

1.3 计算机控制的发展概况及趋势10

1.3.1 计算机控制的发展过程10

1.3.2 计算机控制理论与新型控制策略12

1.3.3 计算机控制系统的发展趋势14

习题115

第2章 工业控制计算机16

2.1 工控机16

2.1.1 工控机的组成与特点16

2.1.2 工控机的总线结构19

2.1.3 工控机I/O模块23

2.1.4 工控机的主要类型及其选型28

2.2 可编程控制器29

2.2.1 可编程控制器的特点与分类30

2.2.2 可编程控制器的基本结构32

2.2.3 可编程控制器产品35

2.3 单片微型计算机36

2.3.1 单片机的特点与发展趋势36

2.3.2 单片机特性及应用系统38

2.3.3 单片机产品与选择40

习题242

第3章 I/O接口与过程通道43

3.1 数字量I/O通道43

3.1.1 数字量I/O接口技术43

3.1.2 数字量输入通道45

3.1.3 数字量输出通道46

3.2 模拟量输入通道48

3.2.1 模拟量输入通道的组成48

3.2.2 信号调理48

3.2.3 多路转换器54

3.2.4 信号的采样和量化55

3.2.5 采样保持器57

3.2.6 A/D转换器58

3.2.7 A/D转换器接口设计62

3.2.8 A/D转换器与PC接口64

3.3 模拟量输出通道66

3.3.1 模拟量输出通道的结构形式66

3.3.2 D/A转换器67

3.3.3 D/A转换器与接口技术70

3.3.4 D/A转换器与PC接口70

3.3.5 D/A转换器的输出形式72

3.3.6 U/I变换73

3.4 D/A、A/D转换器的电源、接地与布线73

3.5 硬件抗干扰技术74

3.5.1 过程通道抗干扰技术74

3.5.2 系统供电与接地技术77

习题380

第4章 顺序控制与数字控制技术82

4.1 顺序控制技术82

4.1.1 顺序控制概述82

4.1.2 顺序控制系统的组成85

4.1.3 微机顺序控制系统应用案例86

4.2 数字程序控制技术88

4.2.1 数字程序控制基础88

4.2.2 逐点比较法插补原理91

4.2.3 步进电机控制技术98

习题4103

第5章 数字控制器设计104

5.1 数字控制器的模拟化设计104

5.1.1 数字控制器的模拟化设计步骤104

5.1.2 数字PID控制器107

5.1.3 数字PID控制器的改进109

5.1.4 数字PID控制器参数的整定112

5.2 计算机控制系统的离散化设计115

5.2.1 数字控制器的离散化设计步骤116

5.2.2 最少拍控制器设计117

5.2.3 最少拍无波纹控制器设计122

5.3 大林算法123

5.3.1 大林算法的基本形式123

5.3.2 振铃现象及其消除方法125

5.4 动态矩阵控制算法130

5.4.1 预测模型131

5.4.2 最优控制133

5.4.3 反馈校正134

5.5 数字控制器的计算机实现135

5.5.1 直接程序法136

5.5.2 串联程序法136

5.5.3 并行程序法137

5.5.4 数字控制器设计138

习题5139

第6章 控制系统的数据处理技术140

6.1 程序设计技术140

6.1.1 程序设计的步骤与方法140

6.1.2 工业控制组态软件142

6.2 测量数据预处理技术145

6.2.1 系统误差的自动校准145

6.2.2 线性化处理146

6.2.3 标度变换148

6.2.4 插值算法150

6.2.5 越限报警处理151

6.3 查表及数据排序技术152

6.3.1 数据排序技术152

6.3.2 查表技术154

6.4 软件抗干扰技术155

6.4.1 数字滤波技术156

6.4.2 输入输出数字量的软件抗干扰技术161

6.4.3 指令冗余技术161

6.4.4 软件陷阱技术162

习题6162

第7章 复杂控制技术164

7.1 串级控制技术164

7.1.1 串级控制的结构和原理164

7.1.2 数字串级控制算法165

7.1.3 动态矩阵—PID串级控制166

7.2 前馈—反馈控制算法168

7.2.1 前馈—反馈控制结构168

7.2.2 数字前馈—反馈控制算法169

7.3 Smith预估控制170

7.3.1 Smith预估控制原理170

7.3.2 具有纯滞后补偿的数字控制器的实现171

习题7172

第8章 计算机控制系统设计与实现173

8.1 系统设计的原则与步骤173

8.1.1 系统设计的原则173

8.1.2 系统设计的步骤174

8.2 系统的工程设计与实现177

8.2.1 系统总体方案设计177

8.2.2 硬件的工程设计与实现179

8.2.3 软件的工程设计与实现181

8.2.4 系统的调试与运行183

8.3 电热油炉温度单片机控制系统设计185

8.3.1 控制任务与工艺要求185

8.3.2 硬件系统设计187

8.3.3 数学模型与控制算法191

8.3.4 软件设计192

8.4 工控机应用实例——仿真转台控制系统设计201

8.4.1 系统概述201

8.4.2 硬件设计201

8.4.3 软件设计204

习题8212

第9章 智能控制技术基础213

9.1 绪论213

9.1.1 智能控制的基本概念213

9.1.2 智能控制系统214

9.2 基于模糊推理的智能控制216

9.2.1 模糊控制系统的基本原理217

9.2.2 模糊数学基础217

9.2.3 模糊控制器的设计221

9.3 人工神经网络229

9.3.1 神经网络的基本原理和结构229

9.3.2 感知器和反传（BP）网络232

9.3.3 神经网络控制236

习题9237

第10章 控制网络技术238

10.1 工业控制网络概述238

10.1.1 企业信息化与自动化238

10.1.2 控制网络的特点239

10.1.3 控制网络的类型239

10.2 控制网络技术基础240

10.2.1 网络拓扑结构240

10.2.2 介质访问控制技术241

10.2.3 差错控制技术243

10.2.4 网络协议及其层次结构244

10.2.5 TCP/IP参考模型概述248

10.3 工业以太网250

10.3.1 工业以太网与以太网250

10.3.2 以太网的优势251

10.3.3 工业以太网的关键技术252

10.3.4 目前应用的工业以太网协议255

10.4 现场总线技术255

10.4.1 现场总线技术概述256

10.4.2 典型的现场总线260

10.5 集散控制系统264

10.5.1 DCS概述264

10.5.2 DCS的分散过程控制级266

10.5.3 DCS的集中操作监控级268

10.5.4 DCS的综合信息管理级268

习题10269

参考文献270