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第1章 计算机控制系统概述1

1.1计算机控制的概念2

1.2计算机控制系统的组成4

1.2.1计算机控制系统硬件4

1.2.2计算机控制系统软件6

1.2.3计算机控制系统的网络结构6

1.3计算机在工业控制中的典型应用7

1.3.1数据采集和监视系统7

1.3.2直接数字控制系统8

1.3.3监督控制系统8

1.3.4分布式控制系统10

1.4典型工业受控对象10

1.5国内外主要计算机控制设备介绍10

第2章 基本输入输出接口技术12

2.1通用输入输出接口12

2.1.1基本可编程并行接口12

2.1.2 Intel 8251 A通用可编程串行接口14

2.2基本人机交互设备与计算机的接口15

2.2.1键盘和显示器的基本结构和工作原理15

2.2.2键盘、静态显示器和单片机串行接口17

2.2.3键盘、动态显示器和单片机串行接口19

2.2.4键盘、显示器和单片机并行接口22

2.2.5微型计算机与CRT显示器接口26

2.3打印机、MODEM与微型计算机的接口30

2.3.1打印机串行接口30

2.3.2打印机并行接口31

2.3.3微型计算机与MODEM接口33

习题35

第3章 过程通道和数据采集系统36

3.1概述36

3.1.1过程通道的组成和功用36

3.1.2信号转换中的采样、量化和编码37

3.2模拟量输入通道39

3.2.1模拟量输入通道的一般组成40

3.2.2多路转换器40

3.2.3可编程序放大器42

3.2.4采样与保持器44

3.3 D/A与A/D转换技术45

3.3.1 D/A转换原理45

3.3.2 A/D转换原理47

3.3.3 A/D与D/A转换器的主要技术指标49

3.4单片A/D转换器及其与微处理器的接口52

3.4.1 8位A/D转换器及其接口52

3.4.2 12位A/D转换器及其接口55

3.5数据采集系统56

3.5.1数据采集系统的结构方案56

3.5.2数据采集系统实例57

3.6模拟量输出通道61

3.6.1多路模拟量输出通道的结构形式61

3.6.2 8位D/A转换器及其接口62

3.6.3 12位D/A转换器及其接口64

3.6.4双极性模拟量输出的实现65

3.7过程通道的抗干扰措施67

3.7.1干扰的来源和干扰的分类67

3.7.2常态干扰的抑制70

3.7.3共模干扰的抑制70

3.7.4其它抗干扰措施72

3.8小结80

习题与思考题80

第4章 程序控制和数值控制81

4.1顺序控制器81

4.1.1专用计算机顺序控制器82

4.1.2可编程控制器90

4.2开环数值控制107

4.2.1数值控制的基本原理107

4.2.2逐点比较法插补原理109

4.3步进电机的控制125

4.3.1步进电机的工作方式125

4.3.2步进电机的脉冲分配程序126

4.3.3步进电机的速度控制程序129

4.4小结131

习题与思考题132

第5章 数字PID控制算法133

5.1准连续PID控制算法133

5.1.1模拟PID调节器133

5.1.2数字PID控制算法136

5.2对标准PID算法的改进138

5.2.1“饱和”作用的抑制138

5.2.2干扰的抑制142

5.2.3其它修改算法143

5.3 PID调节器参数选择146

5.3.1凑试法确定PID调节参数146

5.3.2实验经验法确定PID调节参数147

5.3.3采样周期的选择149

5.4应用实例151

5.4.1控制系统简介151

5.4.2控制系统设计153

5.4.3专家自整定PID154

5.5小结155

习题与思考题155

第6章 数字控制器的直接设计方法157

6.1参数优化的低阶控制算法158

6.2最少拍随动系统的设计160

6.2.1最少拍系统的设计160

6.2.2最少拍系统的局限性169

6.3最少拍无纹波随动系统的设计172

6.4惯性因子法173

6.5非最少的有限拍控制177

6.6达林算法178

6.7小结183

习题与思考题183

第7章 模型预测控制算法185

7.1概述185

7.2动态矩阵控制187

7.2.1动态矩阵控制的原理和算法187

7.2.2设计参数的选择193

7.3动态矩阵控制算法的进一步讨论199

7.3.1时滞对象的动态矩阵控制199

7.3.2带有前馈的动态矩阵控制201

7.3.3动态矩阵—PID串级控制203

7.3.4有约束时的动态矩阵控制算法206

7.3.5多变量系统的动态矩阵控制210

7.4模型算法控制212

7.4.1模型算法控制的基本原理212

7.4.2模型算法控制的一步和多步算法217

7.5应用实例222

7.6小结224

习题与思考题225

第8章 微型计算机控制系统设计227

8.1微型计算机控制系统设计的基本要求和特点227

8.1.1系统设计的基本要求227

8.1.2系统设计的特点229

8.2微型计算机控制系统设计的一般步骤230

8.2.1确定控制任务230

8.2.2选择微处理器和外围设备230

8.2.3建模和控制算法确定231

8.2.4系统总体方案设计231

8.2.5硬件和软件的具体设计232

8.3微型计算机控制系统设计233

8.3.1系统的选择和配置234

8.3.2总线负载的考虑234

8.3.3专用微型计算机系统设计238

8.4工业控制系统设计实例240

8.4.1温度仪表控制系统240

8.4.2锅炉计算机控制系统设计251

8.4.3啤酒发酵控制系统设计253

8.4.4 ControlLogix在转炉控制中的应用257

8.5小结261

习题与思考题261

第9章 分布式计算机控制系统262

9.1概述262

9.1.1分布式控制系统概念262

9.1.2各类控制系统的特点与比较263

9.1.3分布式计算机控制的发展265

9.1.4分布式控制系统的组成及体系结构266

9.1.5罗克韦尔分布式计算机系统结构及规范269

9.2分布式控制的技术发展273

9.2.1分布式控制系统的硬件和软件的发展273

9.2.2分布式计算机控制系统网络体系的发展275

9.2.3现场总线技术和智能化仪表的发展277

9.3分布式计算机控制系统的基本控制器280

9.4分布式计算机控制系统和先进控制283

9.4.1控制系统的功能层次结构283

9.4.2先进控制286

9.4.3先进控制技术的应用295

9.5分布式计算机控制系统的应用297

9.5.1分布式控制系统在水和水处理方面的应用297

9.5.2分布控制系统在轨道交通自动化方面的应用300

9.6小结302

习题与思考题302

第10章 现场总线技术及其应用303

10.1现场总线概述303

10.1.1现场总线简介303

10.1.2现场总线的种类306

10.1.3现场总线的未来307

10.1.4现场总线在国内的应用308

10.2现场总线的原理和发展概况308

10.2.1现场总线的实质308

10.2.2现场总线的结构310

10.2.3现场总线的发展概况312

10.2.4现场总线的特点与优点314

10.3几种典型的现场总线316

10.3.1控制层现场总线ControlNet316

10.3.2设备层现场总线DeviceNet319

10.3.3 Profibus协议326

10.3.4 FF总线330

10.3.5 LonWorks控制网络和Lon总线331

10.3.6 CAN总线332

10.3.7 Modbus协议334

10.4典型控制网络体系结构335

10.5小结336

思考题336

第11章 计算机控制系统软件337

11.1概述337

11.1.1对象的概念338

11.1.2工业软件中涉及的软件概念340

11.1.3应用程序体系结构343

11.2当今工业应用软件介绍346

11.2.1概述346

11.2.2罗克韦尔工业应用软件体系结构介绍346

11.3软件设计350

11.3.1工业控制软件设计特点350

11.3.2软件工程方法概述351

11.4控制软件系统在水处理中的应用355

11.5小结359

附录 采样系统的Z变换360

参考文献367