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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 计算机控制系统一般概念1

1.1.2 计算机控制系统的组成3

1.1.3 计算机控制系统的典型结构6

1.2 计算机控制系统性能11

1.2.1 计算机控制系统性能指标11

1.2.2 控制对象对控制性能的影响12

1.3 计算机控制系统的发展趋势13

第2章 工业控制计算机17

2.1 工业控制计算机的特点与组成结构17

2.1.1 工业控制计算机的特点17

2.1.2 工业控制计算机的组成结构19

2.2 工业控制计算机的总线结构23

2.2.1 总线结构概述23

2.2.2 常用内部总线25

2.2.3 常用外部总线42

2.3 总线型工业控制计算机53

2.3.1 工业控制计算机（IPC）53

2.3.2 嵌入式工业控制机58

2.4 工业控制器与测控仪表66

2.4.1 数字调节器66

2.4.2 分布式数据采集控制模块69

2.4.3 智能测控仪表71

第3章 输入输出接口与过程通道79

3.1 数字量（开关量）输入输出通道80

3.1.1 数字量（开关量）输入通道81

3.1.2 数字量（开关量）输出通道83

3.1.3 工业PC数字量（开关量）输入输出模板85

3.2 模拟量输入接口与通道86

3.2.1 信号调理87

3.2.2 多路转换开关100

3.2.3 可编程增益放大器（PGA）103

3.2.4 采样保持器105

3.2.5 A/D转换器及其接口110

3.2.6 模拟量输入模板设计举例119

3.3 模拟量输出接口与通道121

3.3.1 模拟量输出通道122

3.3.2 D/A转换器及其接口123

3.3.3 电压／电流（V/I）转换电路127

3.4 过程通道的抗干扰130

3.4.1 干扰源与干扰的耦合130

3.4.2 过程通道抗干扰措施135

3.5 测量数据的预处理141

3.5.1 数字滤波141

3.5.2 线性化处理与标度变换144

3.5.3 系统误差的自动校正146

3.6 输入输出通道模板148

第4章 计算机控制系统的控制算法152

4.1 计算机控制系统的数学描述152

4.1.1 z变换152

4.1.2 计算机控制系统的数学模型157

4.1.3 计算机控制系统的稳定性和稳态误差160

4.2 数字PID控制算法162

4.2.1 模拟PID控制162

4.2.2 数字PID控制算法163

4.2.3 改进的数字PID控制算法164

4.2.4 数字PID控制器的参数整定170

4.2.5 数字PID控制器的工程实现174

4.3 最小拍控制系统设计182

4.3.1 最小拍控制器设计183

4.3.2 最小拍无纹波控制系统设计190

4.4 纯滞后控制192

4.4.1 施密斯（Smith）预估控制192

4.4.2 大林（Dahlin）算法194

4.5 模型预测控制197

4.5.1 模型预测控制原理197

4.5.2 模型算法控制（MAC）199

4.5.3 动态矩阵控制（DMC）203

4.5.4 预测控制软件包208

4.6 模糊控制211

4.6.1 模糊控制系统的基本结构211

4.6.2 模糊控制的数学基础213

4.6.3 模糊控制器的设计220

4.6.4 模糊PID控制器228

第5章 工业控制网络技术231

5.1 引言231

5.1.1 工业控制网络的发展231

5.1.2 工业控制网络的特点和分类232

5.2 计算机数据通信234

5.2.1 数据通信系统234

5.2.2 数据交换技术241

5.2.3 差错控制技术247

5.3 计算机网络249

5.3.1 计算机网络概述249

5.3.2 网络体系结构251

5.3.3 局域网技术258

5.4 分布式控制系统271

5.4.1 分布式控制系统概述271

5.4.2 基于IPC的分布式控制系统276

5.4.3 基于PLC的分布式控制系统283

5.5 现场总线控制系统286

5.5.1 CAN现场总线288

5.5.2 LonWorks现场总线291

5.5.3 Profibus现场总线296

5.5.4 FF现场总线298

5.5.5 HART通信协议302

5.6 工业以太网307

5.6.1 工业以太网概述307

5.6.2 工业以太网种类310

第6章 计算机控制系统的软件技术314

6.1 计算机控制系统软件概述314

6.1.1 计算机控制系统软件的构成314

6.1.2 计算机控制系统软件的功能315

6.2 实用数据结构316

6.2.1 数据结构基本概念316

6.2.2 数据查找与数据排序325

6.3 实时数据库技术332

6.3.1 数据库技术概述332

6.3.2 实时数据库343

6.4 计算机控制系统的软件设计353

6.4.1 计算机控制系统操作系统的选择353

6.4.2 计算机控制系统实时数据库的选择358

6.4.3 计算机控制系统应用软件的构建359

6.4.4 计算机控制系统应用软件编程的基本方法364

6.5 工控组态软件366

6.5.1 工控组态软件概述366

6.5.2 工控组态软件的开发及调试373

6.5.3 应用系统组态的基本步骤378

第7章 计算机控制系统的设计与实现380

7.1 计算机控制系统设计的原则与步骤380

7.1.1 计算机控制系统设计的原则380

7.1.2 计算机控制系统设计的步骤382

7.2 计算机控制系统的工程设计388

7.2.1 系统总体方案设计388

7.2.2 硬件的工程设计390

7.2.3 软件的工程设计392

7.2.4 系统的调试与运行395

7.3 计算机控制系统可靠性设计397

7.3.1 系统供电抗干扰措施397

7.3.2 系统接地抗干扰措施398

7.3.3 系统软件抗干扰措施403

7.3.4 空间抗干扰措施408

7.3.5 CPU抗干扰措施409

7.4 计算机控制系统设计举例412

7.4.1 基于工业PC的计算机测控系统设计412

7.4.2 基于网络的计算机测控系统设计419

附录435

附录A 符号表435

附录B 符号缩略语表436

参考文献439