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第1章 绪论1

1.1 计算机控制系统概述1

1.1.1 计算机控制系统及其特点1

1.1.2 计算机控制系统组成3

1.2 计算机控制系统应用类型4

1.2.1 计算机监测与操作指导系统4

1.2.2 顺序控制系统5

1.2.3 直接数字控制系统5

1.2.4 监督控制系统6

1.2.5 集散控制系统6

1.3 计算机控制系统发展与应用7

1.3.1 计算机控制系统发展历史7

1.3.2 计算机控制系统应用趋势8

1.4 计算机控制系统设计与实现问题9

1.4.1 计算机控制系统设计步骤9

1.4.2 计算机控制系统实现注意问题10

第2章 计算机控制系统信号基础12

2.1 计算机控制系统信号类型12

2.1.1 信号类型12

2.1.2 计算机控制系统结构13

2.2 模数转换理论基础14

2.2.1 采样过程14

2.2.2 采样信号的数学描述与采样定理15

2.2.3 采样信号的量化与编码18

2.3 数模转换理论基础19

2.3.1 模拟信号理想恢复过程19

2.3.2 非理想恢复过程20

2.3.3 零阶保持器20

2.3.4 一阶保持器22

习题与思考题23

第3章 计算机控制系统数学描述24

3.1 时域描述——差分方程24

3.1.1 什么是差分24

3.1.2 差分方程24

3.1.3 差分方程的求解25

3.2 z域描述——脉冲传递函数26

3.2.1 z变换定义及表达式27

3.2.2 z反变换28

3.2.3 脉冲传递函数31

3.3 计算机控制系统稳定性分析33

3.3.1 s平面与z平面的映射关系34

3.3.2 计算机控制系统的稳定性35

3.3.3 稳态误差38

习题与思考题38

第4章 数字控制器模拟化设计方法40

4.1 模拟化设计的基本理论40

4.1.1 模拟化设计基本原理40

4.1.2 离散控制器模拟化的数学描述40

4.1.3 数字控制器模拟化设计步骤42

4.2 连续域控制器离散化方法42

4.2.1 z变换法42

4.2.2 前向差分法43

4.2.3 双线性变换法45

4.2.4 阶跃响应不变法47

4.3 数字PID控制器设计48

4.3.1 PID控制规律及其作用48

4.3.2 模拟PID控制器离散化50

4.3.3 数字PID控制算法改进52

4.3.4 PID调节参数整定56

4.3.5 采样周期的选择59

习题与思考题60

第5章 数字控制器离散直接设计方法61

5.1 脉冲传递函数解析设计原理61

5.1.1 数字控制器D（z）的一般形式61

5.1.2 D（z）在物理上的可实现性62

5.1.3 闭环稳定性要求63

5.1.4 离散直接设计一般步骤63

5.2 最少拍控制系统设计64

5.2.1 最少拍无差系统64

5.2.2 最少拍无差系统闭环脉冲传递函数确定65

5.2.3 最少拍控制器D（z）的确定65

5.2.4 最少拍控制系统数字控制器的设计66

5.3 纯滞后对象的控制算法——史密斯预估器68

5.3.1 纯滞后对系统控制品质的影响68

5.3.2 史密斯补偿控制原理69

5.3.3 史密斯补偿器的计算机实现70

5.4 纯滞后对象的控制算法——大林算法72

5.4.1 大林算法基本原理72

5.4.2 大林算法数字控制器的基本形式73

5.4.3 振铃现象及消除方法74

5.4.4 大林算法的设计步骤76

5.5 数字控制器的程序实现77

5.5.1 直接程序设计法77

5.5.2 串行程序设计法78

5.5.3 并行程序设计法79

习题与思考题80

第6章 控制技术中计算机主机简介81

6.1 工业控制计算机81

6.1.1 工控机的特点81

6.1.2 工控机的组成83

6.2 可编程控制器（PLC）84

6.2.1 可编程控制器的特点84

6.2.2 可编程控制器的组成84

6.2.3 可编程控制器的工作原理85

6.3 单片机86

6.3.1 单片机的特点86

6.3.2 单片机的组成87

6.3.3 单片机的组成89

6.4 数字信号处理器（DSP）91

6.4.1 DSP的特点91

6.4.2 DSP的基本结构91

6.4.3 TMS320LF2407简介92

6.5 ARM处理器94

6.5.1 ARM处理器简介94

6.5.2 ARM处理器体系结构94

6.5.3 ARM7处理器简介95

习题与思考题97

第7章 控制系统接口技术——输入输出通道98

7.1 模拟量输入接口技术98

7.1.1 模拟量输入通道结构98

7.1.2 信号调理98

7.1.3 多路开关99

7.1.4 前置放大器99

7.1.5 采样保持器100

7.1.6 A/D转换器100

7.2 模拟量输出接口技术103

7.2.1 模拟量输出通道结构104

7.2.2 D/A转换器及其接口104

7.3 开关量输入接口技术107

7.3.1 开关量输入通道一般结构107

7.3.2 开关量输入信号的调理108

7.4 开关量输出接口技术109

7.4.1 开关量输出通道一般结构109

7.4.2 开关量输出驱动电路109

7.5 人-机接口110

7.5.1 键盘接口技术110

7.5.2 显示器接口技术111

7.6 执行器114

7.6.1 继电器114

7.6.2 固态继电器115

7.6.3 电动机执行器116

习题与思考题118

第8章 计算机控制系统程序设计120

8.1 应用软件设计120

8.1.1 计算机控制系统的应用软件120

8.1.2 应用软件设计方法121

8.1.3 控制软件的设计123

8.2 计算机控制系统的数据处理方法124

8.2.1 数据线性化处理和非线性补偿124

8.2.2 标度变换127

8.2.3 查表法128

8.3 数字滤波130

习题与思考题133

第9章 计算机控制系统抗干扰技术134

9.1 干扰的来源134

9.1.1 干扰的来源134

9.1.2 干扰的作用形式135

9.1.3 干扰的传播途径136

9.1.4 系统抗干扰措施137

9.2 空间电磁抗干扰措施137

9.2.1 屏蔽技术137

9.2.2 电气线路屏蔽138

9.3 传导抗干扰措施139

9.3.1 差模干扰抑制140

9.3.2 共模干扰抑制140

9.4 系统供电与接地的抗干扰措施142

9.4.1 系统供电的抗干扰措施143

9.4.2 系统接地的抗干扰措施145

9.4.3 PCB板抗干扰措施147

9.5 软件抗干扰与冗余技术148

9.5.1 程序的抗干扰技术149

9.5.2 开关量（数字量）信号输入输出的软件抗干扰技术150

9.6 提高计算机控制系统可靠性方法150

9.6.1 硬件可靠性设计150

9.6.2 软件可靠性设计151

第10章 计算机控制系统的整体设计与实施153

10.1 计算机控制系统设计原则153

10.1.1 计算机控制系统设计原则153

10.1.2 计算机控制系统设计步骤155

10.2 计算机控制系统工程设计与实施158

10.2.1 需求调查159

10.2.2 可行性分析159

10.2.3 总体方案设计159

10.2.4 硬件的工程实现160

10.2.5 软件的工程实现162

10.2.6 系统调试与现场运行164

第11章 太阳能电子秤单片机控制系统设计166

11.1 电子秤及其控制要求166

11.1.1 概述166

11.1.2 控制要求166

11.2 系统总体方案设计167

11.2.1 系统组成及工作原理167

11.2.2 称重模块的数据处理168

11.3 系统硬件和软件设计168

11.3.1 硬件电路设计168

11.3.2 软件设计170

11.4 系统抗干扰设计171

第12章 数控加工中心操作面板的设计与PLC实现172

12.1 加工中心操作面板及其控制要求172

12.1.1 概述172

12.1.2 操作面板特性172

12.2 系统总体方案设计和组成173

12.3 系统硬件和软件设计174

12.3.1 硬件电路设计174

12.3.2 软件设计177

参考文献183