计算机控制系统

本书是一本计算机控制理论与MATLAB/Simulink仿真软件相结合，有理论、有实践的教材。依照“全国高等学校自动化专业系列教材编审委员会”审定的教材大纲编写而成，兼顾计算机控制基本原理和实现技术两大方面。既可以作为自动化专业的教材，又可以作为相关专业的教材或教学参考用书，也可以作为科技工作者知识更新与继续学习的参考书籍。
与靠前版相比，本书更趋于合理、完善：第2章充实了部分接口内容，第3章补充了步进电动机原理与控制实现，第9章增添了生产实例—矿井提升机直流双闭环控制系统设计，其他章节也略有增删，书末有6个附录，并有配套的电子教案（PPT）。
学习本书的前期预备知识是自动控制理论以及计算机原理和接口技术的基本知识。

本书阐述了计算机控制系统的基本概念，总结了计算机控制系统的分析方法和具有实用价值的设计方法，介绍了正在蓬勃发展的总线控制技术和网络技术系统，简要介绍了计算机控制系统的设计和实现，形成了一套较完整的、充实而又实用的计算机控制系统分析和设计的基本体系，力求层次分明、结构简练、主题突出、避免知识堆积。
修订思路：加入了模糊控制、模型预测控制、神经网络控制等新型控制技术；并在应用软件设计方面有所创新（重点对第5章和第9章修订。如第5章加入模糊控制技术，突出"智能"控制的内涵，第9章加些实用的案例。

第1章  绪论
1.1  计算机控制系统的概述
1.1.1  计算机控制系统的基本概念
1.1.2  计算机控制系统的工作过程
1.1.3  计算机控制系统的术语
1.2  计算机控制系统的组成及特点
1.2.1  计算机控制系统的硬件组成
1.2.2  计算机控制系统的软件组成
1.2.3  计算机控制系统的特点
1.3  计算机控制系统的分类
1.3.1  操作指导控制系统
1.3.2  直接数字控制系统
1.3.3  计算机监督控制系统
1.3.4  分布式控制系统
1.3.5  现场总线控制系统
1.4  计算机控制系统的发展
1.4.1  计算机控制系统的发展概况
1.4.2  计算机控制系统的发展趋势
1.5  小结
1.6  习题
第2章  计算机控制系统过程通道设计方法
2.1  数字量过程通道的设计方法
2.1.1  数字量输入通道设计方法
2.1.2  数字量输出通道设计方法
2.2  模拟量输入通道设计方法
2.2.1  模拟量输入通道的组成
2.2.2  IN转换、多路开关、测量放大器及采样保持器
2.2.3  模拟量输入通道的设计
2.3  模拟量输出通道设计方法
2.3.1  模拟量输出通道的组成
2.3.2  模拟量输出通道的设计
2.4  电气控制器与执行器
2.4.1  接触器
2.4.2  电磁阀
2.4.3  三相异步交流电机与变频器
2.4.4  执行器的作用
2.4.5  执行器的构成
2.4.6  执行机构
2.4.7  调节机构(控制阀)
2.5  小结
2.6  习题
第3章  数字程序控制系统
3.1  数字程序控制系统的概述
3.1.1  数字程序控制系统的基本概念
3.1.2  数字程序控制系统的组成
3.1.3  伺服系统
3.1.4  按数控系统的功能水平分类
3.1.5  数控机床常用的数控系统
3.1.6  目前我国数控机床发展的技术水平
3.2  逐点比较插补原理
3.2.1  逐点比较直线插补原理
3.2.2  逐点比较圆弧插补原理
3.3  步进电动机控制技术
3.3.1  步进电动机的工作原理
3.3.2  步进电动机的工作方式
3.3.3  步进电动机的驱动
3.3.4  步进电动机的控制系统
3.3.5  步进电动机的程序设计
3.3.6  步进电动机和交流伺服电动机性能比较
3.3.7  步进电动机的选择
3.4  小结
3.5  习题
第4章  计算机控制系统的控制算法
4.1  数字控制器的间接设计方法
4.1.1  采样周期与模拟化设计
4.1.2  模拟化设计步骤
4.2  数字PID控制算法
4.2.1  PID控制规律及基本作用
4.2.2  基本数字PID控制算法
4.2.3  改进的数字PID控制算法
4.2.4  数字PID控制器参数的整定方法
4.2.5  施密斯预估控制系统
4.3  数字控制器的直接设计方法
4.3.1  数字控制器的直接设计
4.3.2  最少拍有纹波控制器的设计
4.3.3  最少拍无纹波控制器的设计
4.3.4  达林算法
4.4  控制算法MATLAB仿真举例
4.4.1  连续系统PID控制仿真举例
4.4.2  离散系统的数字PID控制仿真举例
4.4.3  纯滞后的施密斯预估控制仿真举例
4.5  小结
4.6  习题
第5章  现代控制技术
5.1  采用状态空间的输出反馈设计法
5.1.1  连续状态方程的离散化
5.1.2  最少拍无纹波系统的跟踪条件
5.1.3  输出反馈设计法的设计步骤
5.2  采用状态空间的极点配置设计法
5.2.1  按极点配置设计控制规律
5.2.2  按极点配置设计状态观测器
5.2.3  按极点配置设计控制器
5.3  小结
5.4  习题
第6章  应用程序设计与实现技术
6.1  概述
6.2  应用程序设计技术
6.2.1  应用程序设计的基本任务
6.2.2  应用程序设计的基本步骤与方法
6.2.3  工业控制组态软件
6.2.4  软件工程方法概述
6.3  查表技术
6.3.1  顺序查找法
6.3.2  计算查找法
6.3.3  对分查找法
6.4  线性化处理技术
6.4.1  线性插值法
6.4.2  非线性插值法
6.5  量程自动转换和标度变换
6.5.1  量程自动转换
6.5.2  标度变换
6.6  报警程序设计
6.6.1  简单报警程序设计
6.6.2  越限报警程序设计
6.7  DSP在数据处理中的应用
6.8  小结
6.9  习题
第7章  计算机控制系统的抗干扰技术
7.1  工业现场的干扰及对系统的影响
7.1.1  干扰的来源
7.1.2  干扰的作用途径
7.1.3  干扰的作用形式
7.2  硬件抗干扰技术
7.2.1  串模干扰的抑制
7.2.2  共模干扰的抑制
7.2.3  长线传输干扰的抑制
7.2.4  阻抗匹配
7.2.5  长线的电流传输
7.3  软件抗干扰技术
7.3.1  软件出错对系统的危害
7.3.2  数字滤波方法
7.3.3  输入／输出软件抗干扰措施
7.3.4  程序运行失常的软件抗干扰
7.4  接地技术
7.4.1  计算机控制系统中的地线
7.4.2  常用的接地方法
7.5  电源系统的抗干扰技术
7.5.1  抗干扰稳压电源的设计
7.5.2  电源系统的异常保护
7.5.3  计算机控制系统的断电保护
7.6  小结
7.7  习题
第8章  总线技术与嵌入式系统
8.1  现场总线控制系统
8.1.1  现场总线的概述
8.1.2  现场总线控制系统的产生
8.1.3  现场总线控制系统的组成
8.1.4  现场总线控制系统的特点
8.2  嵌入式控制系统
8.2.1  嵌入式系统的概述
8.2.2  嵌入式控制系统的组成
8.2.3  嵌入式控制系统的应用
8.3  网络控制技术
8.3.1  网络控制系统组成／概述
8.3.2  网络控制系统的协议
8.4  典型现场总线简介及总线标准的选择
8.4.1  典型现场总线简介
8.4.2  总线标准的选择
8.5  小结
8.6  习题
第9章  计算机控制系统设计
9.1  计算机控制系统设计步骤
9.1.1  了解工艺要求，明确控制任务
9.1.2  确定系统的总体设计方案
9.1.3  建立数学模型，确定控制算法
9.1.4  系统硬件设计
9.1.5  系统软件设计
9.1.6  系统调试
9.2  计算机控制系统设计举例
9.2.1  过程控制系统举例(分布式控制系统)
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)
9.2.3  随动控制系统举例(最少拍算法的应用)
9.2.4  嵌入式系统在军用PDA中的设计简介
9.2.5  水情远程测报系统
9.2.6  矿井提升机直流双闭环控制系统设计举例
附录
附录A  10种软件滤波方法的示例程序
附录B  PID大事记与例程
附录C  拉普拉斯变换的基本定理
附录D  Z变换的基本定理
附录E  常用函数的拉普拉斯变换和Z变换表
附录F  集成仿真环境与MATLAB／Simulink
参考文献