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1 绪论1

1.1 一般概念1

1.2 计算机控制系统的特征与工作原理3

1.2.1 结构特征3

1.2.2 信号特征4

1.2.3 控制方法特征4

1.2.4 功能特征4

1.3 系统的组成5

1.3.1 系统硬件6

1.3.2 生产过程7

1.3.3 系统软件7

1.4 系统的典型结构8

1.4.1 操作指导控制系统8

1.4.2 直接数字控制系统8

1.4.3 计算机监督控制系统9

1.4.4 集散控制系统9

1.4.5 现场总线控制系统10

1.4.6 工业过程计算机集成制造系统11

1.5 发展趋势11

2 计算机控制系统的硬件13

2.1 工业控制计算机13

2.1.1 组成与特点13

2.1.2 内部总线16

2.1.3 外部总线20

2.1.4 I/O模块20

2.1.5 主要产品23

2.2 传感器24

2.2.1 传感器的地位24

2.2.2 传感器的含义24

2.2.3 常用的传感器24

2.3 仪表27

2.3.1 智能仪器的组成27

2.3.2 智能仪器的功能28

2.4 可编程控制器29

2.4.1 可编程控制器的特点29

2.4.2 可编程控制器的分类29

2.4.3 可编程控制器的基本结构31

2.4.4 可编程控制器产品34

2.5 嵌入式系统34

2.5.1 嵌入式系统的组成与特点34

2.5.2 典型的嵌入式微处理器38

2.5.3 典型的微控制器40

3 I/O接口与过程通道43

3.1 数字量I/O通道43

3.1.1 数字量I/O接口技术43

3.1.2 数字量输入通道45

3.1.3 数字量输出通道46

3.2 模拟量输入通道47

3.2.1 模拟量输入通道的组成47

3.2.2 信号调理48

3.2.3 多路转换器52

3.2.4 信号的采样和量化54

3.2.5 采样保持器55

3.2.6 A/D转换器56

3.2.7 A/D转换器接口设计61

3.2.8 A/D转换器与PC接口63

3.3 模拟量输出通道65

3.3.1 模拟量输出通道的结构形式65

3.3.2 D/A转换器66

3.3.3 D/A转换器与接口技术69

3.3.4 D/A转换器与PC接口69

3.3.5 D/A转换器的输出形式71

3.3.6 V/I变换72

4 计算机控制系统理论基础74

4.1 计算机控制系统中信号的种类74

4.1.1 A/D转换器74

4.1.2 D/A转换器75

4.1.3 计算机控制系统中信号形式的分类76

4.2 理想采样过程的数学描述及特性分析78

4.2.1 信号采样78

4.2.2 采样机理描述79

4.2.3 采样定理80

4.2.4 信号复现与零阶保持器83

4.3 差分方程86

4.3.1 离散时间系统的描述86

4.3.2 离散时间系统的模拟88

4.4 Z变换91

4.4.1 Z变换的定义91

4.4.2 脉冲传递函数92

4.4.3 Z变换的性质和定理96

4.4.4 S域与Z域的关系97

4.4.5 采样系统的稳定性98

4.4.6 采样控制系统的稳态分析99

5 数字控制器的设计101

5.1 数字控制器的连续化设计101

5.1.1 数字控制器的连续化设计步骤101

5.1.2 PID控制规律103

5.1.3 数字PID控制算法106

5.1.4 改进的数字PID控制算法108

5.1.5 数字PID参数的整定113

5.2 数字控制器离散化设计117

5.2.1 数字控制器的离散化设计步骤118

5.2.2 最少拍控制系统的设计118

5.2.3 纯滞后控制127

5.3 数字串级控制器的设计131

5.3.1 串级控制的结构和原理132

5.3.2 串级控制系统的确定133

5.3.3 数字串级控制算法133

5.4 数字程序控制器的设计134

5.4.1 数字程序控制基础134

5.4.2 逐点比较法插补原理136

5.4.3 步进电机控制技术144

5.4.4 步进电机控制接口及输出字表147

6 应用程序设计与实现技术150

6.1 概述150

6.2 应用程序设计技术151

6.2.1 应用程序设计的基本任务151

6.2.2 应用程序设计的基本步骤与方法152

6.2.3 工业控制组态软件154

6.2.4 软件工程方法概述155

6.3 查表技术156

6.3.1 顺序查找法156

6.3.2 计算查找法157

6.3.3 对分查找法158

6.4 线性化处理技术160

6.4.1 线性插值法160

6.4.2 抛物线插值法163

6.5 量程自动转换和标度变换164

6.5.1 量程自动转换165

6.5.2 标度变换167

6.6 报警程序设计171

7 工业控制网络技术179

7.1 工业控制网络概述179

7.1.1 企业信息化179

7.1.2 控制网络的特点180

7.1.3 控制网络的类型180

7.2 网络技术基础181

7.2.1 网络拓扑结构181

7.2.2 介质访问控制技术182

7.2.3 差错控制技术184

7.2.4 参考模型185

7.3 工业以太网189

7.3.1 工业以太网与以太网189

7.3.2 以太网的优势190

7.3.3 工业以太网的关键技术190

7.3.4 常见工业以太网协议193

7.4 现场总线194

7.4.1 现场总线概述194

7.4.2 典型现场总线197

8 抗干扰技术202

8.1 干扰的来源与传播途径202

8.1.1 干扰的来源202

8.1.2 干扰的传播途径203

8.2 硬件抗干扰措施204

8.2.1 串模干扰的抑制204

8.2.2 共模干扰的抑制206

8.2.3 长线传输干扰的抑制210

8.2.4 信号线的选择与敷设212

8.2.5 电源系统的抗干扰214

8.2.6 接地系统的抗干扰217

8.3 软件抗干扰措施221

8.3.1 指令冗余技术221

8.3.2 软件陷阱技术221

8.4 程序运行监视系统222

8.4.1 Watchdog Timer工作原理222

8.4.2 Watchdog Timer实现方法223

9 计算机控制系统设计与实现225

9.1 系统设计的原则与步骤225

9.1.1 系统设计的原则225

9.1.2 系统设计的步骤226

9.2 系统的工程设计与实现228

9.2.1 系统总体方案设计229

9.2.2 硬件的工程设计与实现231

9.2.3 软件的工程设计与实现232

9.2.4 系统的调试与运行235

9.3 电热油炉温度单片机控制系统设计237

9.3.1 控制任务与工艺要求237

9.3.2 硬件系统设计239

9.3.3 数学模型与控制算法242

9.3.4 软件设计244

9.4 工控机应用实例——仿真转台控制系统设计252

9.4.1 系统概述252

9.4.2 硬件设计253

9.4.3 软件设计255

参考文献264