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第一章 绪论1

1.1计算机控制系统概述1

1.1.1计算机在控制领域中的应用1

1.1.2计算机控制的一般概念1

1.1.3计算机控制系统的特点2

1.2计算机控制系统的组成3

1.2.1计算机控制系统的硬件组成3

1.2.2计算机控制系统的软件组成5

1.3计算机控制系统的分类与应用5

1.3.1计算机控制系统的分类5

1.3.2典型计算机控制系统简介8

1.3.3常用的计算机控制设备11

1.4计算机控制系统的发展12

1.4.1计算机控制系统的发展过程12

1.4.2计算机控制系统的发展趋势12

1.5本课程的学习方法14

1.5.1本课程的特点14

1.5.2关于创新学习的探讨17

思考与练习19

第二章 计算机控制系统的硬件设计20

2.1控制用计算机简介20

2.1.1工业控制计算机20

2.1.2可编程序控制器22

2.1.3单片机与嵌入式控制器23

2.1.4数字信号处理器DSP25

2.1.5 ARM处理器26

2.2数字量输入输出通道设计28

2.2.1数字量输入通道设计28

2.2.2数字量输出通道设计31

2.2.3应用实例34

2.3模拟量输入通道设计36

2.3.1模拟量输入通道的结构形式37

2.3.2模拟量输入通道的信号调理电路38

2.3.3模拟量输入通道的接口41

2.3.4模拟量输入通道的设计与实例47

2.4模拟量输出通道设计51

2.4.1模拟量输出通道的结构形式51

2.4.2 D/A转换器及其接口52

2.4.3模拟量输出通道信号调理电路57

2.5常用工控机总线标准59

2.5.1 STD总线60

2.5.2 PC总线61

2.6工业控制的输入输出接口模板69

2.6.1工业控制系统I/O模板简介70

2.6.2输入输出模板的选择72

思考与练习72

第三章 计算机控制系统的模拟化设计方法74

3.1模拟化设计方法的基本原理74

3.1.1计算机控制系统模拟化设计步骤74

3.1.2采样周期的选择77

3.1.3模拟控制器离散化方法79

3.1.4设计示例83

3.2数字PID控制算法86

3.2.1标准数字PID控制算法86

3.2.2改进的数字PID控制算法94

3.2.3数字PID控制方式的选择与参数整定100

3.3 Simth纯滞后补偿控制算法106

3.3.1纯滞后对系统控制品质的影响106

3.3.2 Smith补偿控制原理107

3.3.3 Smith补偿器的计算机实现109

思考与练习111

第四章 计算机控制系统的离散化设计方法114

4.1引言114

4.2最少拍控制系统的设计117

4.2.1最少拍闭环脉冲传递函数的确定118

4.2.2最少拍控制器D（z）的确定119

4.2.3设计示例120

4.3 Dahlin控制算法122

4.3.1 Dahlin控制器D（z）的基本形式122

4.3.2振铃现象及消除方法124

4.3.3 Dahlin算法的设计步骤127

思考与练习128

第五章 计算机控制系统应用软件设计129

5.1计算机控制系统软件概述129

5.1.1计算机控制系统应用软件的组成129

5.1.2应用软件设计的特点130

5.1.3应用软件设计的基本步骤131

5.1.4应用程序设计方法132

5.2计算机控制系统的数据处理134

5.2.1线性化处理134

5.2.2标度变换137

5.2.3数字滤波139

5.3工业控制软件144

5.3.1概述144

5.3.2 MCGS组态软件的功能和特点146

5.3.3 MCGS组态软件的系统构成147

5.3.4组建工程的过程148

思考与练习151

第六章 计算机控制系统的抗干扰技术153

6.1工业现场的干扰及其对控制系统的影响153

6.1.1干扰的来源及作用途径153

6.1.2干扰的作用形式154

6.2硬件抗干扰技术154

6.2.1共模干扰的抑制155

6.2.2串模干扰的抑制157

6.2.3长线传输干扰的抑制158

6.2.4印刷电路板抗干扰措施160

6.3软件抗干扰技术161

6.3.1软件故障的表现形式162

6.3.2输入/输出软件抗干扰措施162

6.3.3程序运行失常的软件抗干扰措施163

6.4接地技术164

6.4.1计算机控制系统中的地线164

6.4.2常用的接地方法164

6.5电源系统的抗干扰技术165

6.5.1抗干扰稳压电源的设计166

6.5.2电源系统的异常保护167

思考与练习170

第七章 计算机控制系统的工程设计与实现171

7.1计算机控制系统设计原则与步骤171

7.1.1计算机控制系统的设计原则171

7.1.2计算机控制系统设计步骤173

7.2计算机控制系统的工程设计与实现175

7.2.1计算机控制系统的总体方案设计175

7.2.2硬件的工程设计与实现176

7.2.3软件的工程设计与实现178

7.2.4控制系统的调试与运行181

7.3电阻炉温度计算机控制系统设计183

7.3.1电阻炉及其控制要求183

7.3.2系统总体方案设计184

7.3.3系统硬件和软件设计185

7.4变频恒压供水计算机控制系统设计194

7.4.1变频恒压供水控制系统工艺及技术要求195

7.4.2系统总体方案设计196

7.4.3硬件系统与软件系统设计199

7.4.4系统调试与运行205

7.5直流电机调速数字控制系统设计208

7.5.1计算机控制直流电机调速系统及技术要求208

7.5.2系统总体方案设计208

7.5.3硬件系统与软件系统设计210

7.5.4系统调试运行214

思考与练习216

第八章 计算机数控技术217

8.1数控技术的概述217

8.1.1数控技术的基本概念217

8.1.2数控系统的基本分类217

8.1.3数控系统的组成219

8.2步进电机的控制技术220

8.2.1步进电机的工作原理220

8.2.2步进电机的工作方式222

8.2.3步进电机微机控制技术223

8.2.4步进电机速度控制方法229

8.2.5步进电机的细分技术232

8.3逐点比较法插补原理233

8.3.1逐点比较插补法定义233

8.3.2逐点比较法直线插补运算233

8.3.3逐点比较法圆弧插补运算237

思考与练习242

第九章 提高计算机控制系统可靠性措施243

9.1计算机控制系统可靠性的基本概念243

9.1.1可靠性的基本概念243

9.1.2衡量可靠性的几个主要指标244

9.1.3提高系统可靠性的途径245

9.2提高硬件可靠性措施245

9.2.1元器件的正确选用245

9.2.2系统结构的简化246

9.2.3系统的冗余设计246

9.3提高软件可靠性措施247

9.3.1影响软件可靠性的因素247

9.3.2提高可靠性的措施248

9.4控制系统的故障自诊断250

9.4.1故障自诊断技术概述250

9.4.2故障自诊断方法简介251

9.4.3计算机控制系统在线故障自诊断的方法251

思考与练习253

第十章 基于网络技术的计算机控制系统254

10.1网络控制技术概述254

10.1.1网络控制系统的基本概念254

10.1.2控制网络与信息网络的区别256

10.1.3网络控制系统的发展状况256

10.2集散控制系统（DCS ）257

10.2.1集散控制系统的基本组成257

10.2.2集散控制系统的特点258

10.2.3集散控制系统的结构260

10.2.4集散控制系统的基本类型266

10.3现场总线控制系统（FCS）272

10.3.1现场总线概述272

10.3.2典型的现场总线275

10.3.3现场总线控制系统概述278

10.3.4现场总线控制系统的应用280

思考与练习283

附录 常用的Z变换284

参考文献286