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第1章 计算机控制系统概述1

1.1 计算机控制系统的组成1

1.1.1 计算机控制系统的硬件1

1.1.2 计算机控制系统的软件2

1.2 计算机控制系统的分类3

1.2.1 操作指导控制系统3

1.2.2 直接数字控制系统（DDC）4

1.2.3 计算机监督系统（SCC）5

1.2.4 嵌入式系统6

1.2.5 现场总线控制系统（FCS）8

1.3 计算机控制系统的发展趋势9

习题与思考题11

第2章 计算机控制系统的接口技术13

2.1 存储器及I/O接口的编址方式13

2.1.1 编址方法13

2.1.2 程序存储器的扩展19

2.1.3 数据存储器的扩展19

2.2 可编程并行接口8255A19

2.2.1 8255A的结构19

2.2.2 8255A的操作方式22

2.2.3 接口方法26

2.3 8155与MCS-51接口技术30

2.3.1 8155的结构30

2.3.2 8155 RAM/IO接口寻址方法31

2.3.3 命令寄存器及状态寄存器32

2.3.4 8155的定时器／计数器34

2.3.5 8155与MCS-51接口方法举例35

2.4 键盘与显示器接口36

2.4.1 LED显示器接口36

2.4.2 键盘接口42

2.4.3 8155键盘显示器接口43

习题与思考题47

第3章 过程输入输出通道49

3.1 过程通道及其分类49

3.2 数字量输入／输出通道49

3.2.1 数字量输入通道50

3.2.2 数字量输出通道50

3.3 模拟量输入通道51

3.3.1 输入信号的处理52

3.3.2 放大器52

3.3.3 采样／保持器（S/H）53

3.3.4 多路开关56

3.3.5 模数转换器60

3.4 模数转换器ADC080960

3.4.1 A/D转换的原理60

3.4.2 A/D转换器的技术指标61

3.4.3 ADC0809的结构61

3.4.4 ADC0809与MCS-51接口64

3.5 模拟量输出通道66

3.6 数模转换（D/A）接口66

3.6.1 D/A转换的原理67

3.6.2 DAC0832的结构68

3.6.3 DAC0832与MCS-51的接口方法69

习题与思考题72

第4章 两级计算机控制系统75

4.1 串行接口基础75

4.1.1 串行接口的常用术语75

4.1.2 RS-232C总线77

4.2 MCS-51的串行接口80

4.2.1 串行接口的组成和特性80

4.2.2 多机通信82

4.2.3 串行接口应用举例——双机通信83

4.3 MCS-51与PC通信程序87

4.3.1 用汇编语言编写的MCS-51与PC通信程序87

4.3.2 用C语言编写的MCS-51与PC通信程序92

4.3.3 PC与8031多机通信技术93

4.3.4 PC与MCS-51单片机组成的两级控制系统94

习题与思考题94

第5章 计算机控制系统程序设计97

5.1 判断程序97

5.1.1 算术判断程序97

5.1.2 逻辑判断程序100

5.1.3 标志判断程序102

5.2 巡回检测程序103

5.2.1 巡回检测中的模拟量输入通道103

5.2.2 采样定理与采样周期的选取104

5.2.3 巡回检测系统程序的设计105

5.3 越限报警程序108

5.3.1 软件报警程序108

5.3.2 直接报警程序112

5.4 步进电机控制程序113

5.4.1 步进电机的工作原理113

5.4.2 步进电机的控制114

5.4.3 步进电机控制程序的设计121

5.5 控制算法PID程序125

5.5.1 PID控制算法125

5.5.2 PID控制算法程序设计128

5.6 数字滤波程序139

5.6.1 程序判断滤波139

5.6.2 中值滤波143

5.6.3 算术平均值滤波144

5.6.4 加权平均值滤波145

5.6.5 RC数字低通滤波145

5.6.6 复合数字滤波146

5.6.7 数字滤波程序小结147

5.7 标度变换程序147

5.7.1 线性参数标度变换程序148

5.7.2 非线性参数标度变换程序149

5.8 线性化处理程序150

5.8.1 线性插值151

5.8.2 抛物线插值151

5.8.3 线性插值法的应用举例152

习题与思考题158

第6章 数字控制器的模拟化设计方法161

6.1 数字控制器的模拟化设计方法概述161

6.1.1 模拟化设计方法161

6.1.2 模拟化设计方法的应用161

6.2 模拟控制器的离散化方法162

6.2.1 零阶保持器法162

6.2.2 双线性变换法163

6.2.3 差分变换法165

6.3 数字PID控制算法及其改进166

6.3.1 数字PID控制算法166

6.3.2 数字PID控制算法的改进169

6.4 采样周期的选择175

6.5 PID数字控制器的参数整定177

6.5.1 凑试法177

6.5.2 优选法178

6.5.3 扩充临界比例度法179

6.5.4 扩充响应曲线法180

6.5.5 归一参数整定法181

6.5.6 PID数字控制器设计举例181

习题与思考题185

第7章 数字控制器的离散化设计方法187

7.1 Z变换187

7.1.1 采样函数的拉氏变换187

7.1.2 采样函数的Z变换187

7.1.3 Z变换的性质190

7.1.4 用Z变换解线性常系数差分方程194

7.1.5 Z反变换196

7.1.6 扩展Z变换199

7.2 数字控制器的离散化设计方法概述205

7.2.1 离散化设计方法205

7.2.2 离散化设计方法的基本原理205

7.2.3 设计步骤206

7.2.4 系统的性能指标206

7.3 最小拍有波纹控制系统的设计207

7.3.1 确定闭环脉冲传递函数WB（z）的方法207

7.3.2 最小拍有波纹系统的设计举例213

7.3.3 最小拍有波纹系统的局限性217

7.4 最小拍无波纹控制系统的设计220

7.4.1 最小拍系统产生波纹的原因220

7.4.2 最小拍无波纹系统WB（z）的确定方法220

7.4.3 最小拍无波纹系统的设计举例220

7.5 控制算法在计算机上的实现223

7.5.1 直接程序法223

7.5.2 串行程序法224

7.5.3 并行程序法225

习题与思考题227

第8章 复杂控制规律229

8.1 Smith预估计器229

8.1.1 纯滞后补偿原理229

8.1.2 带Smith预估计器的DDC系统231

8.2 Dahlin算法233

8.2.1 数字控制器D（z）的形式233

8.2.2 振铃现象及其消除235

8.2.3 具有纯滞后系统的数字控制器的直接设计步骤237

8.2.4 Dahlin算法与Smith补偿法的比较237

8.3 前馈控制238

8.3.1 前馈控制原理238

8.3.2 前馈—反馈控制240

8.4 串级控制243

8.4.1 串级控制系统的组成和工作原理243

8.4.2 串级控制系统的特点245

8.4.3 串级控制系统的应用范围250

8.4.4 用计算机实现的串级控制系统251

8.4.5 串级控制系统的设计255

8.5 多变量解耦控制259

8.5.1 多变量解耦控制问题的概述259

8.5.2 解耦控制原理260

8.5.3 多变量解耦控制器的设计262

习题与思考题264

参考文献265