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1 绪论1

1.1 现代机械系统的概念1

1.2 机械系统的计算机控制1

1.2.1 机械系统的控制1

1.2.2 典型的计算机控制系统的组成3

1.3 机械系统计算机控制的工作原理4

1.4 计算机控制系统的特点5

1.5 常用计算机控制方式6

1.6 计算机控制系统常用的计算机种类7

1.6.1 单片微处理器8

1.6.2 工业控制计算机（IPC）8

1.6.3 可编程序控制器（PLC）8

2 数字控制器的设计10

2.1 概述10

2.2 计算机控制系统的模拟—离散设计方法10

2.2.1 模拟PID控制器的基本算法10

2.2.2 数字PID11

2.2.3 数字PID的改进算法12

2.2.4 PID控制器的参数整定16

2.3 计算机控制系统的离散化设计18

2.3.1 Z变换18

2.3.2 数字控制器的设计步骤19

2.3.3 最少拍系统控制器的设计20

2.3.4 最少拍无纹波系统控制器的设计24

3 机械系统常用的计算机复杂控制策略27

3.1 串级控制系统的实现27

3.2 前馈-反馈控制系统实现28

3.2.1 前馈控制的结构29

3.2.2 前馈-反馈控制结构29

3.3 现迹控制30

3.3.1 概述30

3.3.2 脉冲增量插补31

3.3.3 数字增量插补42

4 常用传感器介绍46

4.1 概述46

4.1.1 检测系统的作用及组成46

4.1.2 对传感器的要求及分类46

4.1.3 传感器的评价及选择47

4.2 接近开关和光电开关48

4.2.1 接近开关48

4.2.2 光电开关49

4.3 编码器51

4.3.1 编码器分类51

4.3.2 编码器原理51

4.3.3 增量式编码器在测速中的应用54

4.4 光栅尺55

4.5 旋转变压器59

4.5.1 有刷旋转变压器59

4.5.2 无刷旋转变压器60

4.6 感应同步器60

5 伺服驱动及控制系统63

5.1 概述63

5.1.1 伺服系统的基本要求63

5.1.2 伺服驱动系统分类64

5.2 电气伺服系统执行电动机的选择65

5.2.1 执行电动机种类及特点66

5.2.2 执行电机的选择69

5.3 直流伺服电机驱动控制系统70

5.3.1 直流伺服电机特性70

5.3.2 直流伺服电动机的基本结构71

5.3.3 直流伺服电机的驱动72

5.4 交流伺服驱动系统75

5.4.1 永磁交流伺服电机的特性75

5.4.2 交流伺服电机变频调速76

5.4.3 交流同步伺服电动机PWM调速系统77

5.5 步进式伺服驱动系统79

5.5.1 步进电机的工作方式79

5.5.2 步进电机的运行特性80

5.5.3 步进电机开环系统80

5.5.4 步进电机的功率驱动电路82

5.6 数字伺服控制系统83

5.6.1 步进电动机控制技术83

5.6.2 伺服电动机位置闭环控制85

5.6.3 数字伺服系统常规控制规律88

6 机械系统中工业控制计算机（IPC）的应用91

6.1 工控机概述91

6.1.1 IPC系统的组成91

6.1.2 工业控制计算机的特点92

6.1.3 常用工控机介绍93

6.2 IPC控制系统硬件配置94

6.2.1 工控计算机系统总线类型及特点94

6.2.2 外围接口部件96

6.3 工控软件简介99

6.4 IPC控制系统实例103

6.4.1 FIX组态软件在胶带监控系统中的应用103

6.4.2 微机宽度测控系统在钢板剪切中的应用106

6.4.3 SIA.ARC六轴机器人控制器109

7 机械系统中PLC的应用113

7.1 PLC概述113

7.1.1 PLC的特点113

7.1.2 PLC的功能114

7.1.3 PLC的分类114

7.1.4 PLC现状和发展方向114

7.2 PLC的基本结构及工作原理115

7.2.1 PLC的基本结构115

7.2.2 PLC的工作原理117

7.2.3 PLC程序设计语言118

7.3 西门子S7 PLC系统简介118

7.3.1 S7-200指令系统118

7.3.2 S7-200通讯128

7.4 PLC设计方法132

7.4.1 PLC控制系统硬件设计132

7.4.2 软件编制方法135

7.5 PLC控制系统实例136

7.5.1 S7-200 PLC在造纸精浆机控制系统中的应用136

7.5.2 S7-300组成的典型控制系统结构140

7.6 提高PLC控制系统可靠性的措施141

7.6.1 影响PLC控制系统可靠性的主要因素141

7.6.2 提高PLC控制系统可靠性的措施142

7.7 PLC系统故障检查步骤144

7.7.1 总体检查144

7.7.2 电源故障检查144

7.7.3 运行故障检查145

7.7.4 输入输出故障检查145

8 微处理机在数控机床中的应用148

8.1 数控机床概述148

8.1.1 数控机床的组成148

8.1.2 数控机床的分类149

8.2 经济型数控系统150

8.2.1 概 述150

8.2.2 经济型数控系统组成151

8.3 中高档数控系统154

8.3.1 中高档数控系统组成154

8.3.2 机床进给伺服系统160

8.3.3 机床用主轴伺服系统162

8.4 基于IPC的开放性数控系统164

8.4.1 智能化伺服控制卡介绍164

8.4.2 DMC300系列运动控制卡166

8.4.3 基于DSP的多轴运动控制卡——PMAC开放式数控系统介绍167

9 机械系统中现场总线的应用172

9.1 现场总线简介172

9.1.1 现场总线172

9.1.2 现场总线的技术特点173

9.1.3 现场总线优点173

9.1.4 典型现场总线简介174

9.1.5 现场总线技术展望与发展趋势177

9.2 现场总线控制系统178

9.2.1 现场总线访问方法178

9.2.2 总线拓扑结构178

9.2.3 现场总线控制系统总体结构179

9.2.4 现场总线控制系统组成180

9.3 基于PROFIBUSDP网络的控制系统应用实例181

9.3.1 冷轧机组现场总线应用实例181

9.3.2 带材机组现场总线应用实例182

10 机械系统计算机控制系统设计184

10.1 机械系统计算机控制系统设计原则与步骤184

10.1.1 计算机控制机械系统的设计原则184

10.1.2 计算机控制机械系统的设计步骤184

10.2 计算机控制系统抗干扰及提高可靠性的方法188

10.2.1 干扰的产生和传递188

10.2.2 常用抗干扰方法189

10.2.3 提高可靠性的方法195

11 智能控制原理及其在机器人中的应用197

11.1 智能控制概述197

11.2 智能控制类型199

11.3 智能控制在PID中的应用201

11.3.1 专家式PID自整定控制201

11.3.2 模糊PID控制202

11.4 智能控制在工业机器人中的应用205

11.4.1 工业机器人控制系统概述205

11.4.2 工业机器人控制系统结构208

11.4.3 工业机器人常规控制208

11.4.4 工业机器人的智能控制——人工神经网络控制简介211

11.4.5 工业机器人控制系统实例216

12 MATLAB介绍220

12.1 MATLAB概述220

12.2 MATLAB的基本知识220

12.3 运 算222

12.3.1 算术运算222

12.3.2 关系运算223

12.3.3 逻辑运算223

12.3.4 矩阵函数223

12.4 多项式及信号处理223

12.4.1 多项式223

12.4.2 信号处理函数224

12.5 简单图形226

12.6 控制流程226

12.6.1 循环语句226

12.6.2 条件转移语句227

12.7 MATLAB函数编写方法与应用228

12.8 控制系统软件包使用方法229

12.8.1 系统模型229

12.8.2 分析函数231

12.8.3 控制系统的稳定性分析231

12.8.4 Simulink232

12.9 MATLAB神经网络工具箱233

12.10 CtrlLAB工具箱介绍及应用235

12.10.1 CtrlLAB功能简介235

12.10.2 CtrlLAB程序的运行236

12.10.3 系统模型输入与转换236

12.10.4 控制系统分析236

12.10.5 系统设计237

习题240

参考文献242

附录243