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第1章 计算机控制系统概述1

1.1 计算机控制系统的特征与组成1

1.1.1 计算机控制系统的特征与工作原理1

1.1.2 计算机控制系统的工作原理4

1.1.3 计算机控制系统的硬件组成5

1.1.4 计算机控制系统软件6

1.2 计算机控制系统的分类7

1.2.1 操作指导控制系统7

1.2.2 直接数字控制系统7

1.2.3 监督计算机控制系统8

1.2.4 集散控制系统9

1.2.5 现场总线控制系统9

1.2.6 计算机集成制造系统10

1.2.7 物联网控制系统11

1.3 计算机控制的发展状况与发展趋势12

1.3.1 计算机控制系统的发展过程12

1.3.2 计算机控制理论的发展概况13

1.3.3 计算机控制系统的发展趋势16

1.4 人工智能的发展17

1.5 德国工业4.0与中国制造202518

习题19

第2章 计算机控制系统的硬件设计技术20

2.1 计算机控制系统常用主机21

2.1.1 工业控制计算机（IPC）21

2.1.2 可编程控制器（PLC）34

2.1.3 嵌入式系统37

2.2 数字量输入／输出通道41

2.2.1 数字量输入／输出接口技术41

2.2.2 数字量输入通道（DI）42

2.2.3 数字量输出通道（DO）43

2.2.4 数字量输入／输出通道设计43

2.3 模拟量输入通道45

2.3.1 模拟量输入通道的组成45

2.3.2 信号调理和I/V变换45

2.3.3 多路转换器47

2.3.4 前置放大器48

2.3.5 采样保持器49

2.3.6 常用A/D转换器50

2.3.7 A/D转换器接口设计51

2.3.8 模拟量输入通道设计53

2.4 模拟量输出通道55

2.4.1 模拟量输出通道的结构形式55

2.4.2 常用的D/A转换器56

2.4.3 D/A转换器接口电路58

2.4.4 D/A转换器的输出形式61

2.4.5 V/I变换61

2.4.6 模拟量输出通道设计62

2.5 计算机控制系统硬件抗干扰技术64

2.5.1 硬件抗干扰技术分析64

2.5.2 过程通道抗干扰技术分析66

2.5.3 主机抗干扰技术70

2.5.4 供电技术与接地技术71

2.6 工业控制网络技术简介73

2.6.1 集散控制系统（DCS）73

2.6.2 DCS的层次结构73

2.6.3 现场总线控制系统（FCS）74

2.6.4 工业以太网75

习题75

第3章 计算机控制系统的分析77

3.1 离散系统的稳定性分析77

3.1.1 s平面与z平面的关系78

3.1.2 离散系统输出响应的一般关系式80

3.1.3 Routh稳定性准则在离散系统中的应用81

3.1.4 基于MATLAB的系统稳定性分析82

3.2 离散系统的过渡响应分析84

3.3 离散系统的稳态准确度分析90

3.3.1 离散系统的稳态误差90

3.3.2 典型信号r（k）作用下系统的稳态误差91

3.3.3 干扰作用下的离散稳态误差93

3.3.4 采样周期对稳态误差的影响93

3.4 离散系统的输出响应96

3.4.1 离散系统在采样点间的响应96

3.4.2 被控对象含延时的输出响应97

3.5 离散系统的根轨迹分析法99

3.6 离散系统的频域分析法101

习题103

第4章 数字控制技术106

4.1 数字控制系统106

4.1.1 数字控制系统的组成106

4.1.2 数字控制原理107

4.1.3 数字控制系统的分类108

4.1.4 伺服控制系统109

4.2 逐点比较法插补原理110

4.2.1 逐点比较法直线插补111

4.2.2 逐点比较法圆弧插补114

4.3 步进电动机伺服控制技术116

4.3.1 步进伺服系统的构成116

4.3.2 步进电动机的工作原理117

4.3.3 步进电动机的工作方式118

4.3.4 步进电动机IPC工控机控制技术119

4.3.5 步进电动机单片机控制技术121

4.4 直流伺服电动机伺服控制技术123

4.4.1 直流伺服电动机的工作原理123

4.4.2 直流伺服电动机的驱动与控制124

习题127

第5章 常规及复杂控制技术128

5.1 数字控制器的模拟化设计129

5.1.1 数字控制器的模拟化设计步骤129

5.1.2 数字PID控制器132

5.1.3 数字PID控制器的改进135

5.1.4 数字PID控制参数的整定139

5.2 数字控制器的离散化设计143

5.2.1 数字控制器的离散化设计步骤143

5.2.2 最少拍控制器的设计144

5.2.3 最少拍有纹波控制器的设计148

5.2.4 最少拍无纹波控制器的设计149

5.3 纯滞后控制技术151

5.3.1 达林算法151

5.3.2 振铃现象的消除154

5.3.3 SMITH预估控制155

5.4 串级控制157

5.4.1 串级控制的结构和原理157

5.4.2 数字串级控制算法158

5.5 前馈-反馈控制159

5.5.1 前馈-反馈复合控制系统的结构159

5.5.2 前馈-反馈控制算法160

5.6 采用状态空间的输出反馈设计法161

5.6.1 连续状态方程的离散化162

5.6.2 最少拍无纹波系统的跟踪条件162

5.6.3 输出反馈设计法的设计步骤163

5.7 采用状态空间的极点配置设计法165

5.8 按极点配置设计165

5.8.1 按极点配置设计控制规律165

5.8.2 按极点配置设计状态观测器166

5.8.3 按极点配置设计控制器168

5.8.4 跟踪系统设计169

习题170

第6章 先进控制技术171

6.1 模糊控制技术171

6.1.1 模糊控制的数学基础172

6.1.2 模糊控制基础理论176

6.1.3 模糊控制的基本原理179

6.1.4 模糊控制器的设计182

6.2 神经网络控制技术185

6.2.1 神经网络的基本原理和结构185

6.2.2 神经网络控制185

习题187

第7章 计算机控制系统软件设计技术188

7.1 软件设计技术188

7.1.1 软件设计的方法189

7.1.2 计算机控制系统软件设计191

7.1.3 监控组态软件193

7.2 测量数据预处理技术196

7.2.1 系统误差的自动校准196

7.2.2 线性化处理197

7.2.3 标度变换199

7.2.4 插值算法201

7.2.5 越限报警处理203

7.3 软件抗干扰技术203

7.3.1 数字滤波技术204

7.3.2 输入／输出数字量的软件抗干扰技术208

7.3.3 指令冗余技术208

7.3.4 软件陷阱技术209

7.4 数字PID控制器的工程实现209

7.4.1 给定值处理209

7.4.2 被控量处理210

7.4.3 偏差处理211

7.4.4 控制算法的实现212

7.4.5 控制量处理212

7.4.6 自动／手动切换213

习题214

第8章 计算机控制系统的设计与实现216

8.1 系统设计的原则与步骤216

8.1.1 系统设计的原则216

8.1.2 系统设计的步骤217

8.2 系统的工程设计与实现219

8.2.1 总体方案设计219

8.2.2 硬件的工程设计和实现220

8.2.3 软件的工程设计和实现221

8.2.4 系统的运行调试222

8.3 电热油炉温度单片机控制系统的设计223

8.3.1 控制任务与工艺要求223

8.3.2 硬件系统详细设计224

8.3.3 PID算法及参数整定226

8.3.4 软件设计226

习题233

参考文献234