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第1章 绪论1

1.1计算机控制系统概述1

1.1.1计算机控制系统2

1.1.2计算机控制系统的组成3

1.1.3常用的计算机控制系统主机3

1.2计算机控制系统的典型形式5

1.2.1操作指导控制系统5

1.2.2直接数字控制系统6

1.2.3监督控制系统6

1.2.4集散控制系统7

1.2.5现场总线控制系统8

1.2.6综合自动化系统8

1.3工业控制机的组成结构及特点9

1.3.1工业控制机的组成9

1.3.2工业控制机的总线结构11

1.3.3工业控制机的特点20

1.4计算机控制系统的发展概况和趋势21

1.4.1计算机控制系统的发展概况21

1.4.2计算机控制系统的发展趋势24

习题25

第2章 输入输出接口与过程通道26

2.1总线接口扩展技术26

2.1.1系统总线接口扩展技术26

2.1.2外部总线接口扩展技术32

2.2输入输出接口与过程通道设计原理35

2.2.1数字量输入接口与过程通道35

2.2.2数字量输出接口与过程通道38

2.2.3模拟量输入接口与过程通道40

2.2.4模拟量输出接口与过程通道52

2.3基于系统总线的计算机控制系统硬件设计58

2.3.1基于系统总线的硬件设计方案58

2.3.2系统总线板卡58

2.4基于外部总线的计算机控制系统硬件设计64

2.4.1基于外部总线的硬件设计方案65

2.4.2远程I/O模块65

2.4.3其他测控装置69

2.5硬件抗干扰技术74

2.5.1过程通道抗干扰技术75

2.5.2主机抗干扰技术81

2.5.3系统供电与接发技术84

习题89

第3章 数字控制技术90

3.1数字控制基础90

3.1.1数控技术发展概况90

3.1.2数字控制原理91

3.1.3数字控制方式92

3.1.4数字控制系统93

3.1.5数控系统的分类94

3.2运动轨迹插补原理95

3.2.1逐点比较法的直线插补96

3.2.2逐点比较法圆弧插补100

3.2.3数字积分插补法104

3.3进给速度与加减速控制109

3.3.1进给速度控制109

3.3.2加减速控制110

3.4电机驱动控制与位置伺服系统114

3.4.1电机驱动控制方式114

3.4.2位置伺服系统121

3.5多轴运动控制技术125

3.5.1 PC＋运动控制器/运动控制卡硬件方案125

3.5.2软件系统设计126

3.5.3数控系统设计举例——基于PC的多轴运动控制129

习题132

第4章 常规及复杂控制技术133

4.1控制系统的性能指标133

4.1.1稳态性能指标133

4.1.2动态性能指标134

4.1.3抗干扰性能134

4.1.4对控制作用的限制134

4.2.数字控制器的连续化设计技术135

4.2.1数字控制器的连续化设计步骤135

4.2.2数字PID控制器的设计138

4.2.3数字PID控制器的改进141

4.2.4数字PID控制器的参数整定146

4.3数字控制器的离散化设计技术151

4.3.1数字控制器的离散化设计步骤151

4.3.2根轨迹法152

4.3.3最少拍控制器的设计153

4.3.4最少拍有纹波控制器的设计157

4.3.5最少拍无纹波控制器的设计161

4.4纯滞后控制技术164

4.4.1施密斯预估控制164

4.4.2达林算法167

4.5串级控制技术171

4.5.1串级控制的结构和原理171

4.5.2数字串级控制算法172

4.5.3副回路微分先行串级控制算法172

4.6前馈-反馈控制技术174

4.6.1前馈控制的结构和原理174

4.6.2前馈-反馈控制结构175

4.6.3数字前馈-反馈控制算法177

4.7解耦控制技术178

4.7.1解耦控制原理180

4.7.2数字解耦控制算法182

4.8模糊控制技术183

4.8.1模糊控制的数学基础183

4.8.2模糊控制原理188

4.8.3模糊控制器设计192

习题198

第5章 现代控制技术200

5.1采用状态空间的输出反馈设计法200

5.1.1连续状态方程的离散化201

5.1.2最少拍无纹波系统的跟踪条件201

5.1.3输出反馈设计法的设计步骤202

5.2采用状态空间的极点配置设计法205

5.2.1按极点配置设计控制规律206

5.2.2按极点配置设计状态观测器208

5.2.3按极点配置设计控制器212

5.2.4跟踪系统设计216

5.3采用状态空间的最优化设计法218

5.3.1 LQ最优控制器设计219

5.3.2状态最优估计器设计223

5.3.3 LQG最优控制器设计227

5.3.4跟踪系统的设计228

习题229

第6章 应用程序设计与实现技术230

6.1程序设计技术230

6.1.1模块化与结构化程序设计230

6.1.2面向过程与面向对象的程序设计232

6.1.3高级语言I/O控制台编程233

6.2测量数据预处理技术234

6.2.1误差自动标准234

6.2.2线性化处理和非线性补偿236

6.2.3标度变换方法237

6.2.4越限报警处理238

6.2.5量化误差来源239

6.2.6 A/D、D/A及运算字长的选择241

6.3数字控制器的工程实现242

6.3.1给定值和被控量处理243

6.3.2偏差处理244

6.3.3控制算法的实现245

6.3.4控制量处理246

6.3.5自动/手动切换247

6.4软件抗干扰技术248

6.4.1数字滤波技术248

6.4.2开关量的软件抗干扰技术251

6.4.3指令冗余技术251

6.4.4软件陷阱技术252

习题252

第7章 人机接口技术与监控组态软件254

7.1人机接口技术254

7.1.1 HMI/SCADA的含义254

7.1.2基于VB/VC＋＋语言设计人机交互界面255

7.2监控组态软件概述256

7.2.1监控组态软件的体系结构及功能256

7.2.2几种典型的自动化组态软件257

7.3基于监控组态软件设计人机交互界面258

7.4实时数据库260

7.4.1实时数据库简介260

7.4.2实时数据库的结构263

7.4.3实时数据库应用的新领域——数据仓库264

7.5监控组态软件的I/O设备驱动265

7.6监控组态软件的网络通信功能267

7.7监控组态软件的控制功能269

7.7.1监控组态软件的控制功能概述269

7.7.2监控组态软件控制功能模块270

7.7.3监控组态软件的策略生成器271

7.8计算机控制系统中的数据交换技术272

7.8.1 DDE技术与应用272

7.8.2 OPC技术与应用273

7.9监控组态软件应用举例277

7.9.1应用组态软件设计监控系统的步骤277

7.9.2组态王软件应用工程分析277

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279

习题283

第8章 分布式测控网络技术284

8.1工业网络技术284

8.1.1工业网络概述284

8.1.2数据通信编码技术292

8.1.3网络协议及其层次结构293

8.1.4 IEEE 802标准295

8.1.5工业网络的性能评价和选型296

8.2分布式控制系统297

8.2.1 DCS概述297

8.2.2 DCS的分散控制级302

8.2.3 DCS的集中监控级305

8.2.4 DCS的综合管理级307

8.3现场总线控制系统310

8.3.1现场总线概述310

8.3.2 5种典型的现场总线315

8.3.3 FF现场总线技术318

8.4工业以太网测控系统320

8.4.1工业以太网测控系统概述320

8.4.2工业以太网测控系统322

8.5系统集成与集成自动化系统325

8.5.1系统集成的含义与框架325

8.5.2集成自动化系统的体系结构328

8.6综合自动化技术331

8.6.1 5层Purdue模型331

8.6.2 ERP/MES/PCS三层结构333

8.6.3综合自动化系统的实现336

习题340

第9章 计算机控制系统设计与实现341

9.1系统设计的原则与步骤341

9.1.1系统设计的原则341

9.1.2系统设计的步骤343

9.2系统的工程设计与实现346

9.2.1系统总体方案设计346

9.2.2硬件的工程设计与实现347

9.2.3软件的工程设计与实现349

9.2.4系统的调试与运行352

9.3设计举例——啤酒发酵过程计算机控制系统355

9.3.1啤酒发酵工艺及控制要求355

9.3.2系统总体方案的设计356

9.3.3系统硬件和软件的设计357

9.3.4系统的安装调试运行及控制效果361

9.4设计举例——机器人计算机控制系统361

9.4.1 PUMA560机器人的结构原理361

9.4.2机器人运动学方程362

9.4.3机器人动力学方程362

9.4.4机器人手臂的独立关节位置伺服控制363

参考文献366