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第1章　绪论1

1.1　计算机控制系统的概述1

1.1.1　计算机控制系统的基本概念1

1.1.2　计算机控制系统的工作过程2

1.1.3　计算机控制系统的术语3

1.2　计算机控制系统的组成及特点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

1.2.3　计算机控制系统的特点6

1.3　计算机控制系统的分类7

1.3.1 操作指导控制系统7

1.3.2　直接数字控制系统8

1.3.3　计算机监督控制系统8

1.3.4　分布式控制系统9

1.3.5　现场总线控制系统10

1.4　计算机控制系统的发展11

1.4.1　计算机控制系统的发展概况11

1.4.2　计算机控制系统的发展趋势13

1.5　小结15

1.6　习题16

第2章　计算机控制系统过程通道设计方法17

2.1　数字量过程通道的设计方法17

2.1.1　数字量输入通道设计方法17

2.1.2　数字量输出通道设计方法20

2.2　模拟量输入通道设计方法23

2.2.1　模拟量输入通道的组成23

2.2.2　I/V转换、多路开关、仪用放大器及采样保持器23

2.2.3　模拟量输入通道的设计28

2.3　模拟量输出通道设计方法34

2.3.1　模拟量输出通道的组成34

2.3.2　模拟量输出通道的设计35

2.4 小结40

2.5 习题40

第3章　数字程序控制系统41

3.1　数字程序控制系统的概述41

3.1.1　数字程序控制系统的基本概念41

3.1.2　数字程序控制系统的组成43

3.2　逐点比较插补原理44

3.2.1 逐点比较直线插补原理44

3.2.2　逐点比较圆弧插补原理48

3.3　步进电动机控制技术55

3.3.1 步进电动机的工作原理55

3.3.2　步进电动机的工作方式56

3.3.3　步进电动机的控制系统57

3.3.4　步进电动机的程序设计58

3.4　小结60

3.5 习题60

第4章　计算机控制系统的控制算法62

4.1 数字控制器的间接设计方法62

4.1.1　采样周期与模拟化设计62

4.1.2　模拟化设计步骤63

4.2　数字PID控制算法66

4.2.1　PID控制规律及基本作用66

4.2.2　基本数字PID控制算法70

4.2.3 改进的数字PID控制算法72

4.2.4　数字PID控制器参数的整定方法79

4.2.5　施密斯预估控制系统84

4.3　数字控制器的直接设计方法86

4.3.1 数字控制器的直接设计步骤87

4.3.2　最少拍有纹波控制器的设计92

4.3.3　最少拍无纹波控制器的设计95

4.3.4　达林算法98

4.4　控制算法MATLAB仿真举例102

4.4.1　连续系统PID控制举例102

4.4.2　离散系统的数字PID控制仿真105

4.4.3　纯滞后的施密斯预估控制107

4.5 小结109

4.6　习题110

第5章　现代控制技术111

5.1　采用状态空间的输出反馈设计法111

5.1.1　连续状态方程的离散化112

5.1.2　最少拍无纹波系统的跟踪条件112

5.1.3　输出反馈设计法的设计步骤113

5.2　采用状态空间的极点配置设计法116

5.2.1　按极点配置设计控制规律116

5.2.2　按极点配置设计状态观测器119

5.2.3　按极点配置设计控制器122

5.3　小结125

5.4 习题125

第6章　应用程序设计与实现技术126

6.1　概述126

6.2　应用程序设计技术126

6.2.1　应用程序设计的基本任务127

6.2.2　应用程序设计的基本步骤与方法127

6.2.3　工业控制组态软件130

6.2.4　软件工程方法概述131

6.3　查表技术132

6.3.1　顺序查找法132

6.3.2　计算查找法133

6.3.3　对分查找法134

6.4　线性化处理技术135

6.4.1　线性插值法136

6.4.2　非线性插值法138

6.5　量程自动转换和标度变换139

6.5.1　量程自动转换140

6.5.2　线性参数标度变换143

6.6　报警程序设计146

6.6.1　简单报警程序设计147

6.6.2　越限报警程序设计152

6.7　DSP在数据处理中的应用154

6.8　小结157

6.9 习题157

第7章　计算机控制系统的抗干扰技术159

7.1 工业现场的干扰及对系统的影响159

7.1.1　干扰的来源159

7.1.2　干扰的作用途径160

7.1.3　干扰的作用形式160

7.2　硬件抗干扰技术162

7.2.1 串模干扰的抑制162

7.2.2　共模干扰的抑制163

7.2.3　长线传输干扰的抑制165

7.2.4　阻抗匹配167

7.2.5　长线的电流传输169

7.3　软件抗干扰技术169

7.3.1 软件出错对系统的危害169

7.3.2　数字滤波方法170

7.3.3　输入／输出软件抗干扰措施172

7.3.4　程序运行失常的软件抗干扰173

7.4　接地技术178

7.4.1　计算机控制系统中的地线178

7.4.2　常用的接地方法178

7.5　电源系统的抗干扰技术184

7.5.1　抗干扰稳压电源的设计184

7.5.2 电源系统的异常保护188

7.5.3　计算机控制系统的断电保护189

7.6　小结192

7.7　习题192

第8章　总线技术与嵌入式系统193

8.1　现场总线控制系统193

8.1.1　现场总线的概述193

8.1.2　现场总线控制系统的产生194

8.1.3　现场总线控制系统的组成194

8.1.4　现场总线控制系统的特点196

8.2　嵌入式控制系统197

8.2.1　嵌入式系统的概述197

8.2.2　嵌入式控制系统的组成199

8.2.3　嵌入式控制系统的应用206

8.3 网络控制技术207

8.3.1 网络控制系统组成／概述207

8.3.2　网络控制系统的协议209

8.4　典型现场总线简介213

8.4.1　典型现场总线简介214

8.4.2　总线标准的选择220

8.5 小结221

8.6　习题222

第9章　计算机控制系统设计223

9.1　计算机控制系统设计步骤224

9.1.1 了解工艺要求，明确控制任务224

9.1.2　确定系统的总体设计方案224

9.1.3　建立数学模型，确定控制算法225

9.1.4　系统硬件设计226

9.1.5　系统软件设计228

9.1.6　系统调试232

9.2　计算机控制系统设计举例233

9.2.1 过程控制系统举例——分布式控制系统233

9.2.2　传动控制系统举例（直流电动机控制系统的PID算法应用）237

9.2.3 随动控制系统举例（最少拍算法的应用）243

9.2.4　嵌入式系统在军用PDA中的设计简介246

9.2.5　水情远程测报系统251

附录255

附录A　10种软件滤波方法的示例程序255

附录B　PID处理例程257

附录C　拉普拉斯变换的基本定理259

附录D　Z变换的基本定理260

附录E　常用函数的拉普拉斯变换和Z变换表261

附录F　集成仿真环境与MATLAB/Simulink262

参考文献275