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第1章 绪论1

1.1 计算机控制系统的基本概念1

1.1.1 计算机控制系统的基本组成1

1.1.2 计算机控制技术所涉及的主要问题3

1.1.3 计算机控制技术的应用领域5

1.2 计算机控制系统的典型形式6

1.2.1 操作指导控制系统6

1.2.2 直接数字控制系统6

1.2.3 监督控制系统7

1.2.4 集散控制系统7

1.2.5 现场总线控制系统8

1.2.6 计算机集成制造系统9

1.3 计算机控制技术的发展9

1.3.1 计算机控制技术的发展状况9

1.3.2 计算机控制技术的发展趋势10

1.4 计算机控制技术的学习要点11

习题12

第2章 计算机控制系统范例13

2.1 温度控制系统硬件结构13

2.1.1 控制计算机13

2.1.2 传感器14

2.1.3 温度变送器14

2.1.4 输入输出板卡15

2.1.5 执行机构16

2.1.6 其他外围设备17

2.2 温度控制系统软件设计17

2.2.1 系统的图形画面17

2.2.2 板卡设备定义17

2.2.3 系统变量定义18

2.2.4 动画连接与程序代码的编写20

2.3 系统工作过程22

习题23

第3章 硬件设计基础24

3.1 计算机控制系统常用主控制器24

3.1.1 工业控制计算机25

3.1.2 可编程序控制器26

3.1.3 智能工业调节器28

3.1.4 数字信号处理器28

3.1.5 单片机30

3.1.6 ARM处理器31

3.2 总线技术32

3.2.1 片总线33

3.2.2 内总线34

3.2.3 外总线41

3.3 数字量输入输出通道47

3.3.1 数字量输入通道47

3.3.2 数字量输出通道52

3.4 模拟量输入输出通道56

3.4.1 模拟量输入通道56

3.4.2 模拟量输出通道72

3.5 输入输出板卡举例83

3.5.1 PCI-1710HG板卡简介83

3.5.2 板卡的基本应用84

习题84

第4章 硬件系统仿真技术86

4.1 Proteus软件概述86

4.2 Proteus ISIS设计界面87

4.2.1 基本界面介绍87

4.2.2 常用基本工具89

4.3 原理图编辑的基本操作91

4.3.1 元器件的选取92

4.3.2 元器件的放置及编辑93

4.3.3 元器件的连线95

4.3.4 编辑环境的设置97

4.3.5 层次原理图设计99

4.4 系统仿真104

4.4.1 系统仿真举例104

4.4.2 常用仿真工具104

习题116

第5章 计算机控制系统的控制算法118

5.1 线性离散系统的Z变换及Z反变换118

5.1.1 Z变换119

5.1.2 Z反变换123

5.2 脉冲传递函数和差分方程127

5.2.1 离散系统128

5.2.2 差分方程128

5.2.3 脉冲传递函数130

5.3 数字控制器的连续化设计方法132

5.3.1 数字控制器连续化设计步骤132

5.3.2 数字PID控制器设计134

5.3.3 数字PID控制器算法的改进137

5.3.4 数字PID控制器参数的整定141

5.4 数字控制器的离散化设计方法146

5.4.1 数字控制器离散化设计步骤146

5.4.2 最少拍控制系统的设计147

5.5 史密斯预估控制161

5.5.1 史密斯预估控制原理162

5.5.2 具有纯滞后补偿的数字控制器162

5.6 串级控制164

5.6.1 串级控制的结构和原理164

5.6.2 数字串级控制算法166

5.6.3 副回路微分先行串级控制算法167

习题168

第6章 MATLAB与控制系统仿真170

6.1 MATLAB软件简介170

6.1.1 MATLAB的发展历程及特色170

6.1.2 MATLAB的桌面170

6.1.3 MATLAB的基本运算173

6.1.4 程序流程控制177

6.1.5 MATLAB的绘图178

6.1.6 Simulink简介183

6.2 控制系统的建模及模型转换186

6.2.1 建立数学模型的方法186

6.2.2 系统的时域模型186

6.2.3 系统传递函数模型187

6.2.4 系统状态方程模型189

6.2.5 系统的零极点模型190

6.2.6 系统模型的转换190

6.2.7 系统模型的连接193

6.3 控制系统的MATLAB仿真195

6.3.1 控制系统仿真的过程195

6.3.2 控制系统的计算机仿真195

习题200

第7章 数字程序控制技术201

7.1 数字程序控制基础201

7.1.1 数控技术的发展201

7.1.2 数控系统的分类202

7.1.3 数字程序控制原理204

7.2 逐点比较法插补原理205

7.2.1 插补算法的分类205

7.2.2 逐点比较法插补算法206

7.3 步进驱动数字程序控制技术214

7.3.1 步进电机的结构及工作原理214

7.3.2 步进电机的控制219

7.3.3 步进电机的振动及失步226

7.4 其他数字程序控制驱动设备229

习题229

第8章 计算机控制系统软件设计231

8.1 计算机控制系统软件体系结构231

8.1.1 软件分类231

8.1.2 计算机控制系统软件要求及功能232

8.1.3 应用软件的设计流程及方法233

8.2 系统应用程序设计234

8.2.1 输入输出软件234

8.2.2 控制策略软件236

8.2.3 显示驱动技术238

8.3 OPC技术241

8.4 数据处理技术245

8.4.1 数据预处理技术246

8.4.2 数字滤波技术247

8.4.3 非线性处理技术251

8.4.4 标度变换技术254

8.4.5 越限报警处理256

习题257

第9章 组态软件应用259

9.1 工业组态软件概述259

9.1.1 概述259

9.1.2 组态软件的基本特点260

9.1.3 典型组态软件介绍260

9.2 组态王基本功能的实现261

9.2.1 组态王软件基本组成261

9.2.2 组态王应用程序建立过程262

9.2.3 建立一个新项目262

9.2.4 开发环境——工程浏览器264

9.2.5 定义外部设备和数据库268

9.2.6 建立动画连接274

9.2.7 命令语言程序编写276

9.2.8 组态王运行系统276

9.2.9 组态王信息窗口278

9.2.10 组态王系统安全管理278

9.3 组态王曲线、控件与报表的应用279

9.3.1 组态王曲线介绍279

9.3.2 组态王趋势曲线280

9.3.3 组态王控件的分析282

9.3.4 组态王报表系统285

9.4 组态王的网络应用289

9.4.1 组态王网络结构概述289

9.4.2 组态王网络配置及应用290

习题293

第10章 计算机控制系统设计与实现294

10.1 系统设计的原则与步骤294

10.1.1 计算机控制系统设计原则294

10.1.2 计算机控制系统设计步骤296

10.2 系统的工程设计与实施299

10.2.1 系统总体设计方案299

10.2.2 硬件设计300

10.2.3 软件设计303

10.2.4 系统调试与运行305

10.3 基于OPC和Simulink的实时过程控制系统设计307

10.3.1 控制系统的结构307

10.3.2 控制系统原理308

10.3.3 PLC程序设计308

10.3.4 MATLAB/Simulink在线连接308

10.3.5 建立Simulink实时控制工作空间310

习题312

第11章 课程实验313

11.1 模拟量过程通道和数据采集处理313

11.1.1 实验目的313

11.1.2 实验设备313

11.1.3 实验内容与步骤313

11.2 数字量过程通道和数据采集处理314

11.2.1 实验目的314

11.2.2 实验设备314

11.2.3 实验内容与步骤314

11.3 地址译码电路设计314

11.3.1 实验目的314

11.3.2 实验设备315

11.3.3 实验内容与步骤315

11.4 ADC0808模数转换器硬件设计实验315

11.4.1 实验目的315

11.4.2 实验设备315

11.4.3 实验内容与步骤315

11.5 采样控制系统分析317

11.5.1 实验目的317

11.5.2 实验设备317

11.5.3 实验内容与步骤317

11.6 PID调节器参数整定分析318

11.6.1 实验目的318

11.6.2 实验设备318

11.6.3 实验内容与步骤318

11.7 最少拍控制系统计算机仿真319

11.7.1 实验目的319

11.7.2 实验设备319

11.7.3 实验内容与步骤319

11.8 组态王软件的组态设计320

11.8.1 实验目的320

11.8.2 实验设备320

11.8.3 实验内容与步骤320

参考文献321