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第一章 绪论2

?-1 计算机控制系统的一般组成和结构2

一、什么叫计算机控制系统2

二、计算机控制系统的基本特点2

三、计算机控制系统的控制过程3

四、计算机控制系统的一般组成3

五、计算机控制系统的一般结构3

六、控制用计算机的特点4

?-2 计算机控制系统分类5

一、按功能分类5

二、按控制规律分类11

?-3 计算机控制系统的优越性12

?-4 计算机控制系统的发展概况13

一、计算机控制系统的发展历史13

二、计算机控制系统的发展趋势13

?-5 采样、量化与重构14

一、采样14

二、量化16

三、重构18

四、采样周期的选择方法21

本章小结22

思考题及习题22

第二章 过程通道与人机接口24

?-1 过程通道的分类24

?-2 模拟量输入通道25

一、输入信号的处理25

二、多路开关26

三、放大器31

四、采样保持器33

五、模/数（A/D）转换器及其应用35

?-3 模拟量输出通道42

一、多路模拟量输出通道的结构形式42

二、D/A输出方式44

三、失电保护手动/自动无扰动切换44

四、D/A转换器的主要技术指标45

五、典型应用例子45

?-4 数字量输入/输出通道47

一、数字量输入通道48

二、数字量输出通道48

三、程序设计49

?-5人机接口49

一、键盘接口50

二、显示器接口51

三、打印机接口52

?-6 I/O模板及工业控制计算机57

一、STD总线工业控制机I/O模板57

二、台湾研华IPC工控机59

本章小结65

思考题及习题二65

第三章 数据采集与处理系统68

?-1 微型计算机数据采集系统68

一、基本的数据采集系统68

二、高速微机数据采集系统71

三、数据采集系统的发展76

?-2 数字滤波76

一、程序判断滤波77

二、算术平均滤波79

三、加权平均滤波80

四、中值滤波81

五、惯性滤波82

六、复合滤波84

七、高通滤波86

八、带通滤波86

九、数字滤波小结87

?-3 线性化处理87

一、计算机法87

二、查表法与插值逼近89

三、折线近似90

?-4 误差修正91

一、传感器温度误差的修正91

二、零点漂移的修正92

?-5 标度变换92

一、线性参数的标度变换92

二、非线性参数的标度变换93

?-6 越限报警处理94

?-7 数据采集与处理系统实例97

一、二级分布式自动数据采集系统97

二、钢水连续定氧微型机数据处理系统100

本章小结115

思考题及习题三115

第四章 程序控制与数值控制118

?-1 微型计算机顺序控制器118

一、一个顺序控制器程序的编制118

二、顺序控制器121

?-2 开环数值控制130

一、数值控制的基本原理130

二、逐点比较法插补原理131

?-3 步进电机的控制146

一、步进电机的工作原理147

二、步进电机控制系统原理148

三、步进电机控制程序的设计151

四、步进电机变速控制程序155

?-4 可编程序控制器157

一、可编程序控制器概述157

二、PC控制系统设计方法159

三、PC选型指南163

四、PC的编程语言和编程工具167

五、SYSMAC-P5R 30E的指令系统及其应用170

?-5 PC应用实例——自动售货机的控制176

一、控制要求176

二、流程图177

三、I/O分配178

四、画出梯形图并写出程序178

本章小结183

思考题及习题四183

第五章 控制规律的离散化设计方法187

?-1 最少拍有波纹系统数字控制器的设计187

一、设计方法187

二、最少拍有波纹系统存在的问题197

?-2 最少拍无波纹系统数字调节器的设计199

一、波纹产生的原因199

二、消除波纹的附加条件200

?-3 最少拍设计的必进201

一、增模程序法201

二、惯性因子法202

三、最小均方误差设计203

四、非最少的有限拍控制205

?-4 W变换法设计206

一、W变换206

二、W变换法设计步骤207

三、设计举例208

?-5 根轨迹法设计210

?-6数字调节器的计算机实现212

一、直接程序法—非正则形成212

二、直接程序法—正则形式Ⅰ213

三、直接程序法—正则形式Ⅱ215

四、串行程序法215

五、并行程序法216

六、小结和举例217

?-7 计算机控制示教型机械手224

一、示教型机型手的工作原理224

二、机械手连续部分(广义对象)的Z传递函数C(z)226

三、机械手闭环数字调节器D(z)的设计226

四、示教型机械手的计算机实现227

本章小结230

思考题及习题五230

第六章 控制规律的模拟代设计方法(1)—PID调节器的数字化235

?-1 概述235

一、什么叫模拟化设计方法235

二、模拟化设计方法分类235

三、模拟化设计方法的基本条件236

四、计算机实现PID的优点237

?-2 基本的数字PID控制237

一、位置式PID237

二、增量式PID239

三、速率式PID239

四、位置式与增量式PID的比较240

?-3 数字PID控制的改进243

一、抑制积分饱和的PID算法243

二、抑制干扰的PID算法246

三、避免控制动作过于频繁的PID算法—带死区的PID控制249

四、给定值频繁升降时对控制量进行阻尼的PID算法250

五、混合过程PID算法251

六、采样PID算法252

七、批量PID算法253

?-4 PID控制程序的设计254

一、PID程序设计时应考虑的若干问题254

二、位置式积分分离PID子程序255

三、增量式PID算法子程序259

?-5 数字PID调节器参数的整定261

一、参数整定方法的分类262

二、试溱法262

三、扩充临界比例度法263

四、扩充响应曲线法263

?-6 设计举例265

一、隧道窑微型计算机控制系统265

二、微型计算机温度控制系统举例269

本章小结281

思考题及习题六282

第七章 控制规律的模拟化设计方法（Ⅱ)—模拟校正网络的数字滤波器实现284

?-1 概述284

?-2 D(s)离散化为D(z)的方法285

一、冲击响应不变法285

二、零极点匹配法287

三、零阶保持器法289

四、双线性变换法289

五、双线性变换加频率预畸变法291

六、差分变换法293

七、几种离散化方法比较295

?-3 设计举例295

本章小结297

思考题及习题七297

第八章 复杂控制规律的设计300

?-1 概述300

?-2 纯滞后对象的控制300

一、大林算法301

二、纯滞后补偿控制304

三、大林算法与Smith补偿法比较307

?-3 串级控制307

一、串级控制系统的组成和工作原理307

二、串级控制系统的特点308

三、串级控制系统的应用范围313

四、计算机串级控制系统314

五、串级控制系统的设计原则316

六、串级主控和副控调节器的选择317

七、副控回路微分先行串级控制系统318

八、多回路串级控制系统319

?-4 比值控制321

一、单闭环比值控制321

二、双闭环比值控制322

三、变比值控制系统323

四、串级比值控制系统323

?-5 前馈控制323

一、完全补偿条件323

二、前馈通道解脉冲传递函数和差分方程324

三、前馈—反馈控制系统325

?-6 应用实例326

一、微型计算机纯滞后补偿控制系统326

二、锅炉微机控制系统331

本章小结337

思考题及习题八338

第九章 集散控制系统340

?-1 概述340

一、集散控制系统的产生340

二、集散系统的基本结构342

三、集散系统的特点345

四、集散系统的发展方向与趋势346

?-2 几种典型集散系统简介346

一、TDC—2000和TDC—3000346

二、CENTUM和YEWPACK系统概述349

三、I/A S系统354

四、CIM—PAC2000分布式控制系统概述355

?-3 集散系统的通讯网络359

一、局部网络的定义与拓扑结构359

二、数据通讯基础360

三、局部网络的通信协议363

四、网络间互连的接口367

五、集散系统网络通讯的特点368

六、TDC-3000 BASIC的高速数据公路368

七、CENTUM系统的HG总线370

?-4 集散系统的控制站371

一、集散系统控制站的功能371

二、集散系统控制站的结构373

三、控制站的控制算法374

四、TDC-3000的基本控制器378

五、YEWPACKⅡ的现场控制单元385

?-5 集散系统的操作站397

一、操作站的主要功能及特点397

二、操作站的主要结构398

三、TDC-3000的EOS399

四、YEWPACKⅡ的UOPS403

五、UOPS上的基本操作406

?-6 集散系统应用举例422

一、YEWPACK MARKⅡ应用——批量反应罐控制422

二、TDC-3000系统顺序控制应用——料罐液位开关控制的SOPL程序423

本章小结425

思考题及习题九425

第十章 计算机控制系统的设计428

?0-1 计算机控制系统设计的基本要求、方法和步骤428

一、基本要求428

二、设计步骤429

三、项目的提出429

四、现场调研430

五、提出系统要求430

六、系统的可行性评价430

七、系统总体设计430

八、计算机及I/O通道的选择431

九、检测文件、变送器及执行器的选择432

十、控制算法的确定432

十一、应用程序的设计方法433

十二、系统的调试433

十三、系统试运行434

十四、编制文件434

十五、交付使用434

?0-2 提高计算机控制系统可靠性的措施434

一、基本概念434

二、提高硬件可靠性的方法435

三、提高软件可靠性的方法438

?0-3 计算机控制系统的抗干扰技术439

一、干扰及其传播路径440

二、空间抗干扰措施440

三、I/O通道的抗干扰措施441

四、电源系统的抗干扰措施444

五、地线配置的抗干扰措施445

六、软件抗干扰措施446

?0-4 计算机控制系统的有限字长效应448

一、有限字长效应448

二、A/D和CPU字长的选取448

三、存贮器字长的选取450

四、D/A字长的选取（开环）450

五、闭环系统中A/D、D/A和运算字长的选取451

?0-5 微型计算机温度控制系统451

一、控制系统组成451

二、数字控制的数学模型455

三、控制系统程序设计458

本章小结467

思考题及习题十467

附录473

附录 A：拉氏变换Z变换表473

附录 B：Z变换和扩展Z变换476

B. 1 Z变换的定义476

B. 2 Z变换的性质478

B. 3 Z反变换479

B. 4 扩展Z变换法481

参考文献484