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第1章 绪论1

1.1 计算机控制系统的概念1

1.1.1 常规控制系统1

1.1.2 计算机控制系统2

1.2 计算机控制系统的组成3

1.2.1 计算机控制系统的硬件3

1.2.2 计算机控制系统的软件5

1.3 计算机控制系统的分类5

1.3.1 数据采集系统5

1.3.2 直接数字控制系统6

1.3.3 监督控制系统7

1.3.4 集散控制系统8

1.3.5 现场总线控制系统9

1.3.6 工业过程计算机集成制造系统9

1.3.7 网络控制系统10

1.4 计算机控制系统采用的技术和发展趋势11

1.4.1 采用可编程控制器12

1.4.2 采用新型的控制系统12

1.4.3 实现最优控制12

1.4.4 自适应控制12

1.4.5 人工智能12

1.4.6 模糊控制13

1.4.7 预测控制13

1.5 习题14

第2章 总线技术与MODBUS通信协议15

2.1 概述15

2.1.1 总线的概念及分类15

2.1.2 总线组成及总线功能15

2.2 内部总线17

2.2.1 STD总线17

2.2.2 PCI总线18

2.2.3 PC104总线21

2.3 外部总线21

2.3.1 IEEE-488总线22

2.3.2 串行通信基础24

2.3.3 RS-232C串行通信接口25

2.3.4 RS-485串行通信接口27

2.4 MODBUS通信协议30

2.4.1 概述30

2.4.2 MODBUS的两种传输方式31

2.4.3 MODBUS消息帧31

2.4.4 错误检验方法33

2.4.5 MODBUS的编程方法33

2.5 习题34

第3章 人机接口技术35

3.1 独立式键盘接口设计35

3.1.1 键盘的特点及确认35

3.1.2 独立式按键扩展实例36

3.2 矩阵式键盘接口设计38

3.2.1 矩阵键盘工作原理38

3.2.2 按键的识别方法38

3.2.3 键盘的编码39

3.3 显示技术的发展及其特点39

3.3.1 显示技术的发展39

3.3.2 显示器件的主要参数41

3.4 LED显示器接口设计42

3.4.1 LED显示器的结构42

3.4.2 LED显示器的扫描方式43

3.5 段型LCD显示器接口设计45

3.5.1 LCD的发展过程45

3.5.2 LCD的特点46

3.5.3 LCD的基本结构及工作原理47

3.5.4 LCD的驱动方式47

3.6 触摸屏技术49

3.6.1 触摸屏技术概述49

3.6.2 触摸屏的分类和工作原理49

3.7 打印机接口电路设计49

3.7.1 标准Centronics接口50

3.7.2 应用实例50

3.8 习题51

第4章 过程输入输出通道接口技术53

4.1 概述53

4.1.1 信号和采样定理53

4.1.2 采样／保持器58

4.1.3 模拟开关59

4.1.4 32通道模拟量输入电路设计实例62

4.2 模拟量输入通道65

4.2.1 模拟量输入通道的组成65

4.2.2 A/D转换器的工作原理65

4.2.3 量化67

4.2.4 A/D转换器的技术指标68

4.3 8位A/D转换器及其接口技术69

4.3.1 ADC0808/0809介绍69

4.3.2 8位A/D转换器与CPU的接口71

4.3.3 8位A/D转换器的程序设计72

4.4 12位A/D转换器AD574A/AD167473

4.4.1 AD574A的内部结构与引脚功能73

4.4.2 AD574A的应用特性及校准75

4.4.3 AD574A与CPU的接口76

4.5 24位∑-△型A/D转换器AD771477

4.5.1 引脚介绍78

4.5.2 片内寄存器80

4.5.3 模拟输入与基准输入83

4.5.4 AD7714数字接口83

4.5.5 AD7714与CPU的接口83

4.6 模拟量输出通道84

4.6.1 模拟量输出通道的组成84

4.6.2 D/A转换器的工作原理85

4.6.3 D/A转换器的技术指标86

4.7 8位D/A转换器及其接口技术87

4.7.1 DAC0832介绍87

4.7.2 8位D/A转换器与CPU的接口89

4.8 12位D/A转换器DAC120890

4.8.1 DAC1208/1209/1210的内部结构与引脚功能90

4.8.2 DAC1208与CPU的接口91

4.8.3 DAC1230系列D/A转换器93

4.9 4路12位并行D/A转换器DAC762493

4.9.1 引脚介绍93

4.9.2 应用说明94

4.9.3 DAC7624/25与CPU的接口95

4.10 数字量输入输出通道96

4.10.1 光耦合器96

4.10.2 数字量输入通道98

4.10.3 数字量输出通道99

4.10.4 脉冲量输入输出通道101

4.11 电流／电压转换电路102

4.11.1 电压／电流转换102

4.11.2 电流／电压转换103

4.11.3 集成电压／电流转换器XTR110104

4.12 过程通道的抗干扰与可靠性设计105

4.12.1 干扰的分类105

4.12.2 计算机控制系统可靠性设计106

4.12.3 抗干扰的硬件措施109

4.12.4 抗干扰的软件措施111

4.13 习题112

第5章 数字控制技术114

5.1 数字控制基础114

5.1.1 数字控制的基本原理114

5.1.2 数字控制方式115

5.1.3 开环数字控制116

5.2 逐点比较法插补原理116

5.2.1 逐点比较法直线插补117

5.2.2 逐点比较法圆弧插补121

5.3 步进电动机控制127

5.3.1 步进电动机的工作原理127

5.3.2 步进电动机控制系统原理图128

5.3.3 步进电动机的驱动电路129

5.3.4 步进电动机的工作方式130

5.3.5 步进电动机控制程序设计131

5.4 习题133

第6章 计算机控制系统的控制规律134

6.1 被控对象的传递函数与性能指标134

6.1.1 计算机控制系统被控对象的传递函数134

6.1.2 计算机控制系统的性能指标135

6.1.3 对象特性对控制性能的影响139

6.2 PID控制140

6.2.1 PID控制介绍140

6.2.2 PID调节的作用140

6.3 数字PID算法142

6.3.1 PID算法142

6.3.2 PID算式的改进149

6.4 PID参数整定153

6.4.1 PID参数对控制性能的影响153

6.4.2 采样周期T的选取155

6.4.3 扩充临界比例度法155

6.5 串级控制157

6.5.1 串级控制算法158

6.5.2 副回路微分先行串级控制算法159

6.6 前馈-反馈控制160

6.6.1 前馈控制的结构160

6.6.2 前馈-反馈控制的结构161

6.6.3 数字前馈-反馈控制算法162

6.7 数字控制器的直接设计方法163

6.7.1 基本概念164

6.7.2 最少拍无差系统的设计165

6.7.3 最少拍无纹波系统171

6.8 大林算法174

6.8.1 大林算法的基本形式174

6.8.2 振铃现象的消除176

6.8.3 大林算法的设计步骤178

6.9 史密斯预估控制178

6.9.1 史密斯预估控制原理179

6.9.2 史密斯预估控制举例181

6.10 模糊控制181

6.10.1 模糊控制的数学基础182

6.10.2 模糊控制系统组成187

6.10.3 模糊控制器设计192

6.10.4 双输入单输出模糊控制器设计195

6.11 模型预测控制197

6.11.1 动态矩阵控制198

6.11.2 模型算法控制207

6.12 习题212

第7章 计算机控制系统的软件设计214

7.1 计算机控制系统软件的组成和功能214

7.1.1 计算机控制系统软件的组成214

7.1.2 计算机控制系统软件的功能和性能指标215

7.2 实时多任务系统216

7.2.1 实时系统和实时操作系统216

7.2.2 实时多任务系统217

7.3 现场控制层的软件系统平台220

7.3.1 软件系统平台的选择220

7.3.2 μC/OS-Ⅱ内核调度基本原理220

7.4 新型DCS系统组态软件的设计221

7.4.1 新型DCS的总体结构221

7.4.2 DCS系统组态软件的总体结构设计224

7.4.3 组态软件的开发环境和关键技术228

7.5 组态软件数据库系统设计230

7.5.1 组态软件中的数据管理230

7.5.2 数据库系统结构231

7.5.3 组态数据库的设计与实现232

7.6 组态软件驱动程序设计233

7.6.1 驱动程序采用的技术233

7.6.2 驱动程序的分析与设计235

7.7 组态软件可视化环境设计236

7.7.1 组态框架和运行框架236

7.7.2 组态信息的文件管理237

7.7.3 组态框架设计和实现239

7.7.4 运行框架设计和实现242

7.8 OPC技术和Web浏览与控制技术243

7.8.1 OPC的特点244

7.8.2 OPC的适用范围244

7.8.3 OPC服务器的组成244

7.8.4 读写OPC数据项的一般步骤245

7.8.5 OPC的报警和事件245

7.8.6 OPC的接口方式246

7.8.7 OPC的数据访问方式246

7.8.8 Web浏览与控制技术246

7.9 数字滤波程序247

7.9.1 程序判断滤波248

7.9.2 中值滤波程序248

7.9.3 算术平均滤波程序249

7.9.4 加权平均滤波程序249

7.9.5 低通滤波程序251

7.9.6 滑动平均滤波程序251

7.9.7 各种滤波方法的比较251

7.10 标度变换程序252

7.10.1 线性标度变换程序252

7.10.2 非线性标度变换程序254

7.11 习题254

第8章 现场总线与工业以太网控制网络技术255

8.1 现场总线技术概述255

8.1.1 现场总线的产生255

8.1.2 现场总线的本质256

8.1.3 现场总线的特点和优点256

8.1.4 现场总线的发展现状258

8.1.5 现场总线网络的实现259

8.1.6 现场总线技术的发展趋势260

8.2 现场总线与企业网络261

8.2.1 企业网络261

8.2.2 企业网络技术262

8.2.3 企业网络的体系结构263

8.2.4 企业网络的实现265

8.2.5 企业网络Intranet267

8.2.6 信息网络与控制网络268

8.3 现场总线简介270

8.3.1 基金会现场总线270

8.3.2 PROFIBUS270

8.3.3 CAN271

8.3.4 DeviceNet271

8.3.5 LonWorks272

8.3.6 CC-Link273

8.4 CAN现场总线273

8.4.1 CAN的技术规范274

8.4.2 CAN通信控制器SJA1000279

8.4.3 PCA82C250/251 CAN收发器287

8.4.4 CAN应用节点设计288

8.4.5 基于CAN现场总线的SCADA系统结构293

8.5 PROFIBUS-DP现场总线294

8.5.1 PROFIBUS概述294

8.5.2 PROFIBUS-DP的通信模型296

8.5.3 PROFIBUS-DP的总线设备类型298

8.5.4 设备数据库文件299

8.6 PROFIBUS-DP通信网络300

8.6.1 PROFIBUS-DP从站和主站的实现300

8.6.2 从站通信控制器SPC3300

8.6.3 主站通信控制器APSC2与通信处理器304

8.7 PROFIBUS-DP应用系统306

8.7.1 PROFIBUS-DP从站的设计306

8.7.2 PROFIBUS-DP从站智能测控节点的系统设计307

8.7.3 PROFIBUS-DP主站通信程序设计311

8.8 工业以太网技术318

8.8.1 工业以太网技术的发展现状318

8.8.2 工业以太网的主要标准320

8.8.3 以太网用于工业控制需要解决的问题322

8.8.4 以太网用于工业控制的优势323

8.8.5 工业以太网技术的发展趋势与前景324

8.9 习题326

第9章 计算机控制系统设计327

9.1 计算机控制系统的设计方法327

9.1.1 测控任务的确定327

9.1.2 选择系统的主机机型327

9.1.3 确定控制算法328

9.1.4 系统总体方案设计328

9.1.5 硬件设计329

9.1.6 软件设计330

9.1.7 选择工业自动化仪表331

9.1.8 系统调试331

9.2 工业锅炉计算机控制系统的设计331

9.2.1 工业锅炉的工作过程331

9.2.2 工业锅炉计算机控制的意义333

9.2.3 工业锅炉计算机控制系统的基本功能334

9.2.4 直接数字控制系统的设计336

9.2.5 系统总体设计338

9.3 PMM2000电力网络仪表的系统设计340

9.3.1 PMM2000电力网络仪表的功能340

9.3.2 PMM2000电力网络仪表硬件总体设计341

9.3.3 谐波测量算法345

9.3.4 软件总体设计346

9.3.5 PMM2000电力网络仪表通信功能测试347

参考文献350