微型计算机控制技术

第1章 绪论

1.1 计算机控制系统概述

1.1.1 计算机控制系统

1.1.2 计算机控制系统的组成

1.1.3 常用的计算机控制系统主机

1.2 计算机控制系统的典型形式

1.2.1 操作指导控制系统

1.2.2 直接数字控制系统

1.2.3 监督控制系统

1.2.4 集散控制系统

1.2.5 现场总线控制系统

1.2.6 综合自动化系统

1.3 工业控制机的组成结构及特点

1.3.1 工业控制机的组成

1.3.2 工业控制机的总线结构

1.3.3 工业控制机的特点

1.4 计算机控制系统的发展概况和趋势

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

习题

第2章 输入输出接口与过程通道

2.1 总线扩展技术

2.1.1 I/O端口与地址分配

2.1.2 I/O端口地址译码技术

2.1.3 基于ISA总线的端口扩展

2.2 数字量输入输出接口与过程通道

2.2.1 数字量输入输出接口技术

2.2.2 数字量输入通道

2.2.3 数字量输出通道

2.2.4 数字量输入输出通道模板应用举例

2.3 模拟量输入接口与过程通道

2.3.1 模拟量输入通道的组成

2.3.2 信号调理和I/V变换

2.3.3 多路转换器

2.3.4 采样、量化及采样/保持器

2.3.5 A/D转换器及其接口技术

2.3.6 模拟量输入通道模板应用举例

2.4 模拟量输出接口与过程通道

2.4.1 模拟量输出通道的结构形式

2.4.2 D/A转换器及其接口技术

2.4.3 单极性与双极性电压输出电路

2.4.4 V/I变换

2.4.5 模拟量输出通道模板应用举例

2.5 硬件抗干扰技术

2.5.1 过程通道抗干扰技术

2.5.2 主机抗干扰技术

2.5.3 系统供电与接地技术

习题

第3章 数字控制技术

3.1 数字控制基础

3.1.1 数控技术发展概况

3.1.2 数字控制原理

3.1.3 数字控制方式

3.1.4 数字控制系统

3.1.5 数控系统的分类

3.2 插补原理

3.2.1 逐点比较法的直线插补

3.2.2 逐点比较法圆弧插补

3.2.3 数字积分插补法

3.3 多轴步进驱动控制技术

3.3.1 步进电机的分类

3.3.2 步进电机的工作原理

3.3.3 步进电机的工作方式

3.3.4 步进电机控制接口及输出字表

3.3.5 步进电机控制程序

3.3.6 数控系统设计举例——三轴步进电机控制

3.4 多轴伺服驱动控制技术

3.4.1 伺服系统

3.4.2 现代运动控制技术

3.4.3 数控系统设计举例——基于PC的多轴运动控制

习题

第4章 常规及复杂控制技术

4.1 控制系统的性能指标

4.1.1 稳态性能指标

4.1.2 动态性能指标

4.1.3 抗干扰性能

4.1.4 对控制作用的限制

4.2 数字控制器的连续化设计技术

4.2.1 数字控制器的连续化设计步骤

4.2.2 数字PID控制器的设计

4.2.3 数字PID控制器的改进

4.2.4 数字PID控制器的参数整定

4.3 数字控制器的离散化设计技术

4.3.1 数字控制器的离散化设计步骤

4.3.2 根轨迹法

4.3.3 最少拍控制器的设计

4.3.4 最少拍有纹波控制器的设计

4.3.5 最少拍无纹波控制器的设计

4.4 纯滞后控制技术

4.4.1 施密斯（Smith）预估控制

4.4.2 达林（Dahlin）算法

4.5 串级控制技术

4.5.1 串级控制的结构和原理

4.5.2 数字串级控制算法

4.5.3 副回路微分先行串级控制算法

4.6 前馈-反馈控制技术

4.6.1 前馈控制的结构和原理

4.6.2 前馈-反馈控制结构

4.6.3 数字前馈-反馈控制算法

4.7 解耦控制技术

4.7.1 解耦控制原理

4.7.2 数字解耦控制算法

4.8 模糊控制技术

4.8.1 模糊控制的数学基础

4.8.2 模糊控制原理

4.8.3 模糊控制器设计

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

5.2.4 跟踪系统设计

5.3 采用状态空间的最优化设计法

5.3.1 LQ最优控制器设计

5.3.2 状态最优估计器设计

5.3.3 LQG最优控制器设计

5.3.4 跟踪系统的设计

习题

第6章 应用程序设计与实现技术

6.1 程序设计技术

6.1.1 模块化与结构化程序设计

6.1.2 面向过程与面向对象的程序设计

6.1.3 高级语言I/O控制台编程

6.2 测量数据预处理技术

6.2.1 误差自动标准

6.2.2 线性化处理和非线性补偿

6.2.3 标度变换方法

6.2.4 越限报警处理

6.2.5 量化误差来源

6.2.6 A/D、D/A及运算字长的选择

6.3 数字控制器的工程实现

6.3.1 给定值和被控量处理

6.3.2 偏差处理

6.3.3 控制算法的实现

6.3.4 控制量处理

6.3.5 自动/手动切换

6.4 软件抗干扰技术

6.4.1 数字滤波技术

6.4.2 开关量的软件抗干扰技术

6.4.3 指令冗余技术

6.4.4 软件陷阱技术

习题

第7章 人机接口技术与监控组态软件

7.1 人机接口技术

7.1.1 HMI/SCADA的含义

7.1.2 基于VB/VC++语言设计人机交互界面

7.2 监控组态软件概述

7.2.1 监控组态软件的体系结构及功能

7.2.2 几种典型的自动化组态软件

7.3 基于监控组态软件设计人机交互界面

7.4 实时数据库

7.4.1 实时数据库简介

7.4.2 实时数据库的结构

7.4.3 实时数据库应用的新领域——数据仓库

7.5 监控组态软件的I/O设备驱动

7.6 监控组态软件的网络通信功能

7.7 监控组态软件的控制功能

7.7.1 监控组态软件的控制功能概述

7.7.2 监控组态软件控制功能模块

7.7.3 监控组态软件的策略生成器

7.8 计算机控制系统中的数据交换技术

7.8.1 DDE技术与应用

7.8.2 OPC技术与应用

7.9 监控组态软件应用举例

7.9.1 应用组态软件设计监控系统的步骤

7.9.2 组态王软件应用工程分析

7.9.3 基于组态王软件的串联双容水箱液位监控系统设计

习题

第8章 分布式测控网络技术

8.1 工业网络技术

8.1.1 工业网络概述

8.1.2 数据通信编码技术

8.1.3 网络协议及其层次结构

8.1.4 IEEE 802标准

8.1.5 工业网络的性能评价和选型

8.2 基于串行总线的测控网络技术

8.2.1 RS-232/RS-422/RS-485串行通信总线

8.2.2 RS-485总线测控网络设计

8.2.3 RS-485总线测控网络设计举例

8.3 分布式控制系统

8.3.1 DCS概述

8.3.2 DCS的分散过程控制级

8.3.3 DCS的集中操作监控级

8.3.4 DCS的综合信息管理级

8.4 现场总线控制系统

8.4.1 现场总线概述

8.4.2 CAN总线技术

8.4.3 Profibus总线技术

8.4.4 FF现场总线技术

8.4.5 工业以太网

8.4.6 设计举例——基于PLC的Profibus测控网络

8.5 系统集成与集成自动化系统

8.5.1 系统集成的含义与框架

8.5.2 集成自动化系统的体系结构

8.6 综合自动化系统

8.6.1 企业综合自动化技术

8.6.2 五层Purdue模型

8.6.3 ERP/MES/PCS三层结构

习题

第9章 计算机控制系统设计与实现

9.1 系统设计的原则与步骤

9.1.1 系统设计的原则

9.1.2 系统设计的步骤

9.2 系统的工程设计与实现

9.2.1 系统总体方案设计

9.2.2 硬件的工程设计与实现

9.2.3 软件的工程设计与实现

9.2.4 系统的调试与运行

9.3 设计举例——啤酒发酵计算机过程控制系统

9.3.1 啤酒发酵工艺及控制要求

9.3.2 系统总体方案的设计

9.3.3 系统硬件和软件的设计

9.3.4 系统的安装调试运行及控制效果

9.4 设计举例——机器人计算机控制系统

9.4.1 PUMA560机器人的结构原理

9.4.2 机器人运动学方程

9.4.3 机器人动力学方程

9.4.4 机器人手臂的独立关节位置伺服控制

习题

参考文献

本书为高等教育面向21世纪教学内容和课程体系改革计划立项教材的第2版，第1版曾获全国普通高等学校优秀教材二等奖。教材以主流机型ISA/PCI总线工业控制机或IBM-PC系列微型计算机为控制工具，系统地阐述了计算机控制系统的设计技术与工程实现方法。全书共分9章，内容包括计算机控制系统及其组成、计算机控制系统的典型形式、工业控制机的组成结构及特点、计算机控制系统的发展概况和趋势，计算机控制系统的输入输出接口与过程通道，数字控制技术，常规及复杂控制技术，现代控制技术，应用程序设计与实现技术，HMI/SCADA技术与监控组态软件，分布式测控网络技术，计算机控制系统设计与实现。本书可作为高等院校各类自动化、电气与电子工程、计算机应用、机电一体化等专业高年级本科生的教材，也可供有关技术人员参考和自学。