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目 录1

第一章绪论1

§1.1计算机控制的一般概念1

§1.2计算机控制发展简史3

§1.3微型计算机实时控制系统的一般组成4

1.3.1硬件组成4

1.3.2软件组成6

§1.4微型计算机在控制中的典型应用方式6

1.4.1数据采集和数据处理6

1.4.2 直接数字控制系统DDC7

1.4.3监督控制系统SCC8

1.4.4集散控制系统9

第二章微型计算机基本知识10

§2.1微型计算机的基本工作原理10

2.1.1微型计算机的模型10

2.1.2模型机的工作过程11

§2.2微型计算机的硬件13

2.2.1微处理器14

2.2.2存储器18

§2.3 微型计算机的软件23

2.3.1程序语言23

2.2.4输入输出设备23

2.2.3 LSI接口芯片23

2.3.2操作系统26

2.3.3实时监控程序27

§2.4微型计算机的输入输出28

2.4.1 I/O接口的编址方式29

2.4.2微处理器管理输入输出的方式31

§2.5微型计算机系统实例34

2.5.1专用单板式微型计算机系统34

2.5.2通用单板式微型计算机系统35

§2.6汇编语言程序设计实例36

2.6.1汇编语言程序设计过程36

2.6.2基本程序实例37

2.6.3一个顺序控制程序的编制41

§2.7小结44

习题与思考题44

第三章过程通道和数据采集系统45

§3.1概述45

3.1.1过程通道的组成和功用45

3.1.2信号变换中的采样、量化和编码46

§3.2模拟量输入通道48

3.2.1模拟量输入通道的一般组成48

3.2.2多路转换器49

3.2.3可编程序放大器50

3.2.4采样与保持器52

3.3.1数／模转换原理53

§3.3数／模与模／数转换技术53

3.3.2模／数转换原理55

3.3.3模／数与数／模转换器的主要技术指标57

§3.4单片模／数转换器及其与微处理器的接口60

3.4.1 8位模／数转换器及其接口60

3.4.2 12位模／数转换器及其接口62

3.4.3程序逐次逼近法实现模／数转换63

§3.5数据采集系统64

3.5.1数据采集系统的结构方案64

3.5.2数据采集系统实例64

3.6.1多路模拟量输出通道的结构型式69

§3.6模拟量输出通道69

3.6.2单片数／模转换器及其与微处理器的接口70

3.6.3双极性模拟量榆出的实现71

§3.7过程通道的抗干扰措施73

3.7.1干扰的来源和干扰的分类73

3.7.2常态干扰的抑制75

3.7.3共模干扰的抑制76

3.7.4其它抗干扰措施78

§3.8小结80

习题与思考题80

第四章程序控制和数值控制81

§4.1微型计算机顺序控制器81

4.1.1简易顺序控制器81

4.1.2面板可编程序高级顺序控制器90

4.1.3群控93

§4.2开环数值控制94

4.2.1数值控制的基本原理94

4.2.2逐点比较法插补原理95

§4.3步进电机的控制110

4.3.1步进电机的工作方式111

4.3.2步进电机的脉冲分配程序111

4.3.3步进电机的速度控制程序114

§4.4小结116

习题与思考题116

5.1.1模拟PID调节器117

§5.1准连续PID控制算法117

第五章数字PID控制算法117

5.1.2数字PID控制算法119

§5.2对标准PID算法的改进121

5.2.1 “饱和”作用的抑制121

5.2.2干扰的抑制126

5.2.3其它修改算法127

§5.3 PID调节器参数选择129

5.3.1凑试法确定PID调节参数130

5.3.2实验经验法确定PID调节参数131

5.3.3采样周期的选择133

§5.4小结134

习题与思考题135

第六章数字控制器的直接设计方法136

§6.1参数最优化的低阶控制算法137

§6.2最少拍随动系统的设计138

6.2.1最少拍系统的设计139

6.2.2最少拍系统的局限性146

§6.3最少拍无纹波随动系统的设计149

§6.4惯性因子法150

§6.5非最少的有限拍控制153

§6.6达林（Dahlin）算法154

§6.7小结158

习题与思考题158

第七章基于系统输入输出描述的控制算法160

§7.1模型算法控制161

7.1.1模型算法控制的原理和算法161

7.1.2有限制时的控制算法修正166

7.1.3有纯滞后对象的控制算法修正168

7.1.4应用模型算法控制的注意点169

§7.2动态矩阵控制169

7.2.1动态矩阵控制的原理169

7.2.2动态矩阵控制的算法174

7.2.3设计参数的选择175

7.2.4动态矩阵控制设计举例——温度控制179

7.2.5多变量系统的动态矩阵控制180

7.3.1脉冲响应系列调节器183

§7.3其它基于系统输入输出描述的控制算法简介183

7.3.2外推数字预测调节器186

§7.4小结189

习题与思考题190

第八章微型计算机控制系统设计192

§8.1微型计算机控制系统设计的基本要求和特点192

8.1.1系统设计的基本要求192

8.1.2系统设计的特点194

§8.2微型计算机控制系统的研制工具194

8.2.1微型计算机开发系统的组成194

8.2.3微型计算机开发系统的应用197

8.2.2联机仿真器ICE的功能197

§8.3微型计算机控制系统设计的一般步骤200

8.3.1确定控制任务200

8.3.2 选择微处理器和外围设备200

8.3.3建立数学模型，确定控制算法201

8.3.4系统总体方案设计201

8.3.5硬件和软件的具体设计202

§8.4微型计算机控制系统设计202

8.4.1 系统的选择和配置203

8.4.2总线负载的考虑204

8.4.3专用微型计算机系统设计207

§8.5温度控制系统应用实例211

8.5.1一个简单的温度控制系统211

8.5.2程序升温控制系统221

§8.6小结231

习题与思考题232

第九章集散控制系统及其基本控制器233

§9.1概述233

9.1.1集散控制系统与分级分布控制233

9.1.2集散控制系统的特点235

9.1.3 集散控制系统发展的概况及展望236

§9.2集散控制系统的组成238

9.2.1基本控制器238

9.2.2 就地操作员接口242

9.2.3数据通信系统244

9.2.4 CRT操作台和上级计算机控制249

§9.3基本控制器设计实例251

9.3.1系统硬件设计251

9.3 2控制程序设计254

9.3.3数据操作面板设计257

9.3.4系统管理程序设计263

9.3.5基本控制器应用举例277

§9.4小结279

习题与思考题280

第十章微型计算机控制系统应用程序设计281

§10.1应用程序设计的基本任务281

10.1.1应用程序设计的基本步骤281

§10.2程序设计技术282

10.1.2问题的定义282

10.2.1模块程序设计283

10.2.2 自顶向下程序设计283

§10.3数字滤波方法283

10.3.1算术平均值法284

10.3.2中值滤波法288

10.3.3防脉冲干扰平均值法291

10.3.4惯性滤波法291

10.3.5程序判断滤波292

§10.4线性化处理296

10.4.1平方根数字实现方法296

10.4.2温度与热电势的线性化305

§10.5测量值与工程量转换307

§10.6越限报警处理309

§10.7控制算法的程序设计315

10.7.1带一阶滤波的增量式数字PID算法程序315

10.7.2增量式PID比率算法320

10.7.3增量式PID偏置算法321

10.7.4 微分先行PID算法321

§10.8小结323

习题与思考题323

附录A Z-80和8080/8085基本指令对照表325

附录B 采样系统的Z变换328

参考文献334