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第1章 绪论1

1.1计算机控制系统的概述3

1.1.1计算机控制系统的基本概念3

1.1.2计算机控制系统的工作过程4

1.1.3计算机控制系统的术语4

1.2计算机控制系统的组成及特点5

1.2.1计算机控制系统的硬件组成5

1.2.2计算机控制系统的软件组成7

1.2.3计算机控制系统的特点8

1.3计算机控制系统的分类9

1.3.1操作指导控制系统9

1.3.2直接数字控制系统9

1.3.3计算机监督控制系统10

1.3.4分布式控制系统11

1.3.5现场总线控制系统12

1.4计算机控制系统的发展13

1.4.1计算机控制系统的发展概况13

1.4.2计算机控制系统的发展趋势14

1.5小结18

1.6习题26

第2章 计算机控制系统过程通道设计方法27

2.1数字量过程通道的设计方法28

2.1.1数字量输入通道设计方法28

2.1.2数字量输出通道设计方法32

2.2模拟量输入通道设计方法37

2.2.1模拟量输入通道的组成37

2.2.2I/V转换、多路开关、测量放大器及采样保持器38

2.2.3模拟量输入通道的设计43

2.3模拟量输出通道设计方法52

2.3.1模拟量输出通道的组成52

2.3.2模拟量输出通道的设计52

2.4电气控制器与执行器59

2.4.1接触器59

2.4.2电磁阀60

2.4.3三相异步交流电机与变频器60

2.4.4执行器的作用62

2.4.5执行器的构成63

2.4.6执行机构65

2.4.7调节机构（控制阀）66

2.5小结68

2.6习题69

第3章 数字程序控制系统70

3.1数字程序控制系统的概述71

3.1.1数字程序控制系统的基本概念71

3.1.2数字程序控制系统的组成73

3.1.3伺服系统74

3.1.4按数控系统的功能水平分类75

3.1.5数控机床常用的数控系统75

3.1.6目前我国数控机床发展的技术水平76

3.2逐点比较插补原理77

3.2.1逐点比较直线插补原理77

3.2.2逐点比较圆弧插补原理82

3.3步进电动机控制技术89

3.3.1步进电动机的工作原理89

3.3.2步进电动机的工作方式91

3.3.3步进电动机的驱动94

3.3.4步进电动机的控制系统99

3.3.5步进电动机的程序设计101

3.3.6步进电动机和交流伺服电动机性能比较103

3.3.7步进电动机的选择105

3.4小结105

3.5习题106

第4章 计算机控制系统的控制算法108

4.1数字控制器的间接设计方法109

4.1.1采样周期与模拟化设计109

4.1.2模拟化设计步骤110

4.2数字PID控制算法113

4.2.1PID控制规律及基本作用113

4.2.2基本数字PID控制算法117

4.2.3改进的数字PID控制算法120

4.2.4数字PID控制器参数的整定方法127

4.2.5施密斯预估控制系统132

4.3数字控制器的直接设计方法135

4.3.1数字控制器的直接设计135

4.3.2最少拍有纹波控制器的设计141

4.3.3最少拍无纹波控制器的设计143

4.3.4达林算法146

4.4控制算法MATLAB仿真举例150

4.4.1连续系统PID控制仿真举例151

4.4.2离散系统的数字PID控制仿真举例153

4.4.3纯滞后的施密斯预估控制仿真举例156

4.5小结158

4.6习题159

第5章 现代控制技术160

5.1采用状态空间的输出反馈设计法161

5.1.1连续状态方程的离散化162

5.1.2最少拍无纹波系统的跟踪条件162

5.1.3输出反馈设计法的设计步骤163

5.2采用状态空间的极点配置设计法166

5.2.1按极点配置设计控制规律166

5.2.2按极点配置设计状态观测器169

5.2.3按极点配置设计控制器172

5.3小结175

5.4习题176

第6章 应用程序设计与实现技术177

6.1概述178

6.2应用程序设计技术178

6.2.1应用程序设计的基本任务179

6.2.2应用程序设计的基本步骤与方法179

6.2.3工业控制组态软件181

6.2.4软件工程方法概述183

6.3查表技术183

6.3.1顺序查找法184

6.3.2计算查找法184

6.3.3对分查找法186

6.4线性化处理技术187

6.4.1线性插值法187

6.4.2非线性插值法190

6.5量程自动转换和标度变换191

6.5.1量程自动转换192

6.5.2标度变换195

6.6报警程序设计198

6.6.1简单报警程序设计199

6.6.2越限报警程序设计204

6.7DSP在数据处理中的应用207

6.8小结209

6.9习题210

第7章 计算机控制系统的抗干扰技术212

7.1工业现场的干扰及对系统的影响213

7.1.1干扰的来源214

7.1.2干扰的作用途径214

7.1.3干扰的作用形式215

7.2硬件抗干扰技术216

7.2.1串模干扰的抑制216

7.2.2共模干扰的抑制217

7.2.3长线传输干扰的抑制219

7.2.4阻抗匹配221

7.2.5长线的电流传输223

7.3软件抗干扰技术223

7.3.1软件出错对系统的危害224

7.3.2数字滤波方法224

7.3.3输入/输出软件抗干扰措施227

7.3.4程序运行失常的软件抗干扰227

7.4接地技术232

7.4.1计算机控制系统中的地线232

7.4.2常用的接地方法233

7.5电源系统的抗干扰技术238

7.5.1抗干扰稳压电源的设计239

7.5.2电源系统的异常保护243

7.5.3计算机控制系统的断电保护244

7.6小结246

7.7习题248

第8章 总线技术与嵌入式系统249

8.1现场总线控制系统250

8.1.1现场总线的概述250

8.1.2现场总线控制系统的产生251

8.1.3现场总线控制系统的组成251

8.1.4现场总线控制系统的特点253

8.2嵌入式控制系统254

8.2.1嵌入式系统的概述255

8.2.2嵌入式控制系统的组成256

8.2.3嵌入式控制系统的应用263

8.3网络控制技术264

8.3.1网络控制系统组成/概述264

8.3.2网络控制系统的协议267

8.4典型现场总线简介及总线标准的选择271

8.4.1典型现场总线简介271

8.4.2总线标准的选择281

8.5小结282

8.6习题284

第9章 计算机控制系统设计285

9.1计算机控制系统设计步骤286

9.1.1了解工艺要求，明确控制任务286

9.1.2确定系统的总体设计方案287

9.1.3建立数学模型，确定控制算法288

9.1.4系统硬件设计289

9.1.5系统软件设计291

9.1.6系统调试294

9.2计算机控制系统设计举例296

9.2.1过程控制系统举例（分布式控制系统）296

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）300

9.2.3随动控制系统举例（最少拍算法的应用）306

9.2.4嵌入式系统在军用PDA中的设计简介309

9.2.5水情远程测报系统314

9.2.6矿井提升机直流双闭环控制系统设计举例318

附录335

附录A 10种软件滤波方法的示例程序335

附录B PID大事记与例程337

附录C 拉普拉斯变换的基本定理340

附录D Z变换的基本定理341

附录E 常用函数的拉普拉斯变换和Z变换表341

附录F 集成仿真环境与MATLAB/Simulink342

参考文献353