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第一章 绪论1

1.1　机电一体化与电气装备1

1.2　计算机控制系统中的计算机3

1.3　计算机控制系统的组成5

1.4　计算机控制系统的分类与特点7

1.4.1　计算机控制系统的分类7

1.4.2　计算机控制系统的特点8

第二章　输入通道及其中的硬件11

2.1　数字量输入通道11

2.1.1　数字量输入通道的结构11

2.1.2　数字量的信号调理12

2.2　数字式传感器14

2.2.1　增量式光电编码器15

2.2.2　绝对式光电编码器17

2.2.3　开关量传感器19

2.3　A/D转换20

2.3.1　逐次逼近型A/D转换器原理20

2.3.2　A/D转换器的主要性能指标21

2.3.3　A/D转换器的选择原则22

2.3.4　A/D转换器的外特性22

2.3.5　采用电压频率（V/F）转换器实现A/D转换23

2.4.1　模拟输入通道的结构25

2.4　模拟量输入通道25

2.4.3　采样与保持26

2.4.2　多路模拟信号输入26

2.4.4　I/V变换27

2.4.5　信号标度转换28

2.5　模拟传感器30

2.5.1　电压电流传感器30

2.5.2　感应同步器32

3.1　数字量输出通道36

3.1.1　数字量输出通道36

第三章　输出通道中的硬件36

3.1.2　数字量的信号调理37

3.2　常用功率放大器件及其驱动40

3.2.1 电磁继电器及其驱动40

3.2.2　大功率晶闸管的驱动41

3.2.3　大功率三极管的驱动42

3.2.4　IGBT的驱动43

3.2.5　固态继电器及其驱动45

3.3　模拟量输出通道46

3.3.1　D/A转换46

3.3.2　模拟输出通道的结构49

3.3.3　V/I变换50

3.3.4　模拟量的隔离51

第四章　计算机控制理论基础54

4.1　计算机控制系统中的信号54

4.2　采样过程与信号重构56

4.2.1　理想采样过程的时域数学描述56

4.2.2　理想采样信号的频域特性58

4.2.3　采样定理60

4.2.4　信号的重构61

4.3　Z变换及其性质63

4.3.2　求Z变换的方法64

4.3.1　Z变换的定义64

4.3.3　Z变换的基本定理67

4.3.4　Z反变换69

4.4　离散系统的差分方程71

4.4.1　离散系统的数学模型72

4.4.2　差分方程的解法73

4.5　离散系统的脉冲传递函数75

4.5.1　脉冲传递函数75

4.5.2　脉冲传递函数与差分方程77

4.5.3　开环脉冲传递函数77

4.5.4　闭环脉冲传递函数78

4.6　离散系统的稳定性80

4.6.1　s平面与z平面的映射关系81

4.6.2　离散系统的稳定区域82

4.6.3　离散系统稳定判据83

4.6.4　系统参数对稳定性的影响84

第五章　PWM驱动与电气传动86

5.1　PWM技术概述86

5.1.1 电压型逆变器的空间电压矢量及PWM原理86

5.1.2　PWM技术的性能指标88

5.1.3　死区时间及其补偿90

5.2　基于三角载波的PWM技术91

5.2.1 自然采样法92

5.2.2　对称规则采样法93

5.2.3　非对称规则采样法94

5.2.4　参考波的生成95

5.2.5 同步调制95

5.2.6　基于专用集成电路的PWM技术96

5.3　优化PWM生成技术98

5.3.1　离线优化PWM方法98

5.3.2　在线的准优化方法101

5.4　电压空间矢量PWM技术101

5.4.1　控制原理103

5.4.2　控制算法104

5.4.3　控制的实现106

5.4.4　电压空间矢量107

5.5　电流闭环PWM技术110

5.5.1　外加电流环的电流闭环PWM110

5.5.2　电流滞环PWM111

5.6　永磁同步电机伺服系统111

5.6.1　永磁同步电机的PWM驱动112

5.6.2　永磁同步电机的控制策略113

5.6.3　永磁同步电机伺服系统框图114

5.6.4　永磁同步电机伺服系统的传递函数114

5.7.1　相坐标系下的感应电机117

5.7　感应电机伺服系统117

5.7.2　同步速坐标系下的感应电机119

5.7.3　感应电机的矢量控制120

5.7.4　感应电机矢量控制系统122

第六章　常规与复杂控制技术124

6.1　数字控制器的设计方法124

6.1.1　数字控制器的离散化设计124

6.1.2　数字控制器的模拟化设计125

6.1.3　离散化方法127

6.1.4　采样周期的选择128

6.2　数字PID控制技术129

6.1.5　离散化设计与模拟化设计的比较129

6.2.1　数字PID的基本算法130

6.2.2　数字PID算法的改进132

6.2.3　数字PID参数的整定135

6.3　最少拍控制器的设计138

6.3.1　系统的典型输入138

6.3.2　最少拍设计原理138

6.3.3　典型输入下最少拍系统分析139

6.3.4　最少拍控制器的设计141

6.3.5　最少拍无纹波控制器设计146

6.3.6　关于采样周期149

6.4　串级控制技术150

6.4.1 串级控制系统的特点151

6.4.2　计算机串级控制算法153

6.4.3　副控回路微分先行串级控制系统154

6.5　前馈控制技术155

6.5.1　前馈控制的结构与原理156

6.5.2　前馈控制的类型157

6.5.3　计算机前馈控制算法160

6.6　解耦控制技术161

6.6.1　解耦控制原理162

6.6.2　解耦控制系统的设计163

6.6.3　计算机解耦控制165

6.6.4　解耦控制示例166

第七章　数字运动控制技术169

7.1　数控的基本概念169

7.2　数字运动控制基本原理170

7.2.1　运动控制系统中的伺服单元171

7.2.2　运动控制的基本原理173

7.3　脉冲增量插补法175

7.3.1　逐点比较法175

7.3.2　数字积分插补法180

7.4　数据采样插补法186

7.4.1　直线插补算法187

7.4.2　圆弧插补算法188

7.4.3　插补终点判别192

7.4.4　粗插补与精插补195

7.5　运动控制系统中的位置控制195

7.5.1　数据采样式位置控制系统196

7.5.2　脉冲比较式位置控制系统198

7.5.3　相位比较式位置控制系统199

7.5.4　幅值比较式位置控制系统202

8.1　计算机控制系统设计概述205

8.1.1　系统设计原则205

第八章　计算机控制系统的设计与实现205

8.1.2　系统设计步骤207

8.2　测试信号的处理214

8.2.1　误差修正与自动校准214

8.2.2　数字滤波216

8.2.3　线性化处理219

8.2.4　量纲标度变换220

8.2.5　越限报警222

8.3　计算机控制系统中的量化效应222

8.3.1　数据的二进制表示222

8.3.2　有限字长二进制表示的特性224

8.3.3　计算机控制系统中量化误差的来源225

8.3.4　量化误差对系统特性的影响226

8.4　数字控制器的实现228

8.4.1　控制程序的总体结构228

8.4.2　控制算法的编排229

8.4.3　减少计算延时233

8.5　计算机控制系统的可靠性235

8.5.1　提高硬件的可靠性235

8.5.2　干扰的来源237

8.5.3　提高硬件的抗干扰能力240

8.5.4　通过软件提高抗干扰能力和可靠性245

参考文献249