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第1章　计算机控制系统概述1

1.1　计算机控制系统的一般概念1

1.1.1　计算机控制的发展过程1

1.1.2　计算机控制系统的基本结构2

1.1.3　计算机控制系统的特点4

1.2　计算机控制系统的组成5

1.3　计算机控制系统的分类6

1.3.1　计算机操作指导控制系统6

1.3.2　直接数字控制系统6

1.3.3　监督计算机控制系统7

1.3.4　计算机分级控制系统7

1.3.5　集散控制系统8

1.3.6　现场总线控制系统9

1.3.7　计算机集成制造系统10

1.4　计算机控制系统的发展趋势10

第2章　过程输入输出接口技术12

2.1　数据的采样及保持12

2.1.1　信号的采样12

2.1.2　信号的量化13

2.1.3　信号的编码13

2.1.4　多路开关15

2.1.5　采样／保持器18

2.2　模／数转换器20

2.2.1　模拟输入信号的调理20

2.2.2　A/D转换器的工作原理22

2.2.3　A/D转换器的技术指标23

2.2.4　8位A/D转换器及其与CPU的接口24

2.2.5　12位A/D转换器及其与计算机的接口30

2.3　数／模转换器35

2.3.1　D/A转换器原理和基本结构35

2.3.2　D/A转换器的主要特性参数36

2.3.3　8位D/A转换器的应用37

2.3.4　D/A转换器双极性模拟输出的接法39

2.3.5　12位D/A转换器40

2.4　计数／定时器825442

2.4.1　8254的功能及结构43

2.4.2　8254的编程45

2.4.3　8254的工作方式46

2.4.4　计数瞬时值和状态信息的读取49

2.4.5　8254的应用举例51

2.5　可编程并行I/O接口芯片8255A52

2.5.1　8255A的功能及结构52

2.5.2　8255A的工作方式55

2.5.3　8255A的应用59

2.6　开关量接口技术59

2.6.1　开关量输入接口59

2.6.2　输出接口隔离技术60

2.6.3　继电器输出接口技术62

2.6.4　可控硅（晶闸管）输出接口技术63

2.6.5 固态继电器输出接口66

2.6.6　综合举例68

2.7　数据采集卡70

2.7.1　数据采集系统70

2.7.2　典型的数据采集卡简介72

第3章　常用控制程序设计75

3.1　巡回检测程序75

3.1.1　概述75

3.1.2　巡回检测举例76

3.2　数字滤波程序78

3.2.1　概述78

3.2.2　数字滤波方法79

3.2.3　数字滤波程序设计81

3.3　标度变换程序83

3.3.1　线性标度变换83

3.3.2　非线性参数标度变换85

3.3.3　非线性补偿86

3.4　上、下限报警程序89

3.5　数码管显示程序92

3.5.1　LED数码显示器92

3.5.2　静态显示93

3.5.3　动态显示94

3.5.4　LED点阵显示器的设计97

3.6　键处理程序100

第4章　计算机控制系统的控制策略106

4.1　数字PID控制107

4.1.1　模拟PID控制器107

4.1.2　数字PID控制器控制算法110

4.1.3　数字PID控制器控制算法改进114

4.1.4　数字PID控制器的参数整定119

4.2　串级控制122

4.2.1　基本原理122

4.2.2　设计举例124

4.3　大林算法129

4.3.1　大林算法的设计原理129

4.3.2　振铃现象及其消除130

4.4　数字控制器设计方法132

4.4.1　连续对象的离散化方法132

4.4.2　数字控制器的离散设计方法137

4.4.3　最少拍控制142

第5章　数字控制技术147

5.1　数字控制基础147

5.1.1　数字控制的基本原理147

5.1.2　数字控制方式148

5.1.3　数字控制系统结构149

5.2　逐点比较法插补原理149

5.2.1　逐点比较法直线插补150

5.2.2　逐点比较法圆弧插补154

5.3　步进电机的微机控制159

5.3.1　步进电机结构及工作原理159

5.3.2　步进电机的工作方式161

5.3.3　步进电机的功率放大电路165

5.3.4　步进电机的主要性能指标和使用注意事项168

5.3.5　步进电机微机控制系统169

5.4　伺服电机的控制172

5.4.1　伺服电机及其控制的基本方法172

5.4.2　伺服电机控制的功率接口技术175

5.4.3　伺服电机控制系统的检测元件179

5.4.4　直流伺服电机系统的设计182

第6章　计算机控制系统设计与综合举例186

6.1　计算机控制系统的设计方法186

6.1.1　系统设计的原则186

6.1.2　确定工程项目与控制任务187

6.1.3　工程项目的设计188

6.1.4　项目仿真与调试188

6.2　计算机控制系统的软、硬件设计189

6.2.1　控制计算机的选型189

6.2.2　接口电路与信号调理190

6.2.3　定时操作系统的实现191

6.2.4　显示技术及控制任务的协调193

6.2.5　计算机应用系统中的抗干扰设计193

6.3　烘箱温度计算机控制系统设计198

6.3.1　控制系统的组成198

6.3.2　控制软件设计199

6.3.3　程序清单201

6.4　基于混合仿真实验系统的二阶液位控制系统设计205

6.4.1　实验装置与系统环境205

6.4.2　过程控制混合仿真平台的结构组成207

6.4.3　混合仿真实验系统的实现原理207

6.4.4　二阶液位控制系统的MATLAB仿真208

6.5　三轴数控铣床计算机控制系统设计209

6.5.1　控制系统的组成210

6.5.2　控制软件设计212

第7章　现场总线技术217

7.1　现场总线概述217

7.1.1　现场总线简介217

7.1.2　现场总线的发展背景与趋势218

7.1.3　现场总线系统的技术特点220

7.1.4　现场总线的优点220

7.1.5　几个有影响的现场总线标准化组织及标准221

7.2　现场总线标准222

7.2.1　现场总线的7层模型222

7.2.2　现场总线物理层标准简介223

7.2.3　现场总线其他层次协议简介225

7.3　CAN总线226

7.3.1　CAN的技术规范227

7.3.2　CAN节点设计229

7.3.3　基于CAN现场总线的SCADA系统结构237

7.4　PROFIBUS总线简介238

7.4.1　PROFIBUS概述238

7.4.2　PROFIBUS现场总线在上海大众汽车有限公司的应用举例244

第8章　制造工业企业综合自动化系统247

8.1　概述247

8.1.1　CIM和CIMS的内涵247

8.1.2　CIMS技术的发展248

8.1.3　制造工业特点及其与离散工业的区别249

8.2　制造工业CIMS体系结构251

8.2.1　制造工业CIMS的功能结构及递阶控制层次251

8.2.2　制造工业CIMS的体系结构模型253

8.2.3　基于三层结构的制造工业现代集成制造体系结构255

8.2.4　间歇生产方式对制造工业CIMS的影响257

8.3　制造工业CIMS的关键技术257

8.3.1　建立CIMS集成环境的关键技术257

8.3.2　实现制造工业CIMS功能集成的关键技术260

8.4　制造工业CIMS设计实例263

习题及思考题267

附录A　常用Z变换、拉氏变换表272

附录B　C语言程序清单273

附录C　汇编语言程序清单282

参考文献290