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第1章　绪论1

1.1 自动控制的概念1

1.1.1 自动控制系统1

1.1.2　反馈控制系统1

1.2　控制系统基本控制方式3

1.2.1　反馈控制方式3

1.2.2　开环控制方式3

1.2.3　复合控制方式4

1.3　控制系统的分类4

1.3.1　线性连续控制系统4

1.3.2　线性定常离散控制系统5

1.3.3　非线性控制系统5

1.4　控制系统的性能指标6

1.4.1　对控制的基本要求6

1.4.2　动态过程和稳态过程7

1.4.3　动态性能和稳态性能7

1.5 自动控制技术的发展概况8

1.5.1　控制理论与技术的发展9

1.5.2　计算机控制技术的发展10

思考题与习题13

第2章　控制技术理论基础14

2.1　控制系统的数学模型14

2.1.1　微分方程14

2.1.2　传递函数15

2.1.3　方框图及其简化18

2.1.4　离散控制系统与Z变换21

2.2　反馈控制系统的典型结构22

2.2.1　单回路控制系统22

2.2.2　串级控制系统23

2.2.3　前馈控制系统24

2.3　程序控制25

2.3.1　程序控制技术的历史25

2.3.2　程序控制的基本概念26

2.3.3　程序控制技术中的常用术语27

2.3.4　程序控制系统的分类28

思考题与习题30

第3章　控制系统元件31

3.1　控制器31

3.1.1　控制规律31

3.1.2　控制器的基本控制规律32

3.1.3　PID控制器33

3.1.4　PID控制器的数字形式34

3.1.5　P与PI控制器34

3.2　参数测量与传感器35

3.2.1　参数测量35

3.2.2　传感器的组成35

3.2.3　传感器的分类36

3.2.4　传感器的一般特性38

3.2.5　常用传感器举例38

3.3　执行元件39

3.3.1　常用低压电器39

3.3.2　执行电动机44

3.3.3 阀45

思考题与习题47

第4章　计算机控制技术48

4.1　计算机控制系统的概念48

4.1.1　计算机控制系统的概念48

4.1.2　计算机控制系统的工作方式与实时性49

4.1.3　计算机控制系统的信号类型49

4.2　计算机控制系统的组成50

4.2.1　计算机控制系统的硬件组成50

4.2.2　计算机控制系统的软件组成51

4.2.3　通信设备与通信网络52

4.3　计算机控制系统的分类52

4.3.1　计算机巡回检测和操作指导系统52

4.3.2　计算机直接数字控制系统53

4.3.3　计算机监督控制系统53

4.3.4　集散控制系统54

4.3.5　现场总线控制系统55

4.3.6　PLC＋上位机系统55

4.3.7　计算机集成制造系统（CIMS）56

4.4　工业控制计算机58

4.4.1　IPC工控机的组成结构58

4.4.2　IPC工控机的特点60

4.4.3　IPC工控机的主要类型61

4.5　控制网络62

4.5.1　控制网络与信息网络的异同62

4.5.2　控制网络的体系结构63

4.5.3　控制网络的应用架构64

4.5.4　局部控制网络65

4.5.5　现场总线技术66

4.5.6　基于Internet的远程控制69

4.6　工业控制组态软件69

4.6.1　组态软件的概念69

4.6.2　组态软件的特点70

4.6.3　组态软件的组成70

4.6.4　组态软件的一般功能71

4.7　计算机控制系统的抗干扰与可靠性技术73

4.7.1 干扰源73

4.7.2　抗空间干扰的措施74

4.7.3　过程通道的抗干扰措施75

4.7.4　系统供电与接地的抗干扰措施76

4.7.5　采用软件方法的抗干扰措施78

4.7.6　提高计算机控制系统的可靠性措施78

思考题与习题82

第5章　可编程控制器83

5.1　PLC概述83

5.1.1　PLC的定义83

5.1.2　PLC的产生83

5.1.3　PLC的特点84

5.1.4　PLC的典型特性85

5.1.5　PLC的分类85

5.2　PLC的基本组成85

5.2.1　硬件组成85

5.2.2　软件组成89

5.3　PLC的工作原理90

5.3.1　PLC控制系统的基本结构90

5.3.2　PLC的等效电路91

5.3.3　建立I/O映像区92

5.3.4　循环扫描的工作方式92

5.3.5　PLC扫描工作过程93

5.3.6　PLC执行程序的过程及特点93

5.4　PLC的性能指标与发展趋势94

5.4.1　PLC的性能指标95

5.4.2　PLC的发展趋势95

5.5 国内外典型PLC产品97

5.5.1　美国PLC产品97

5.5.2　欧洲PLC产品97

5.5.3 日本PLC产品98

5.5.4　我国PLC产品99

思考题与习题100

第6章　集散控制系统101

6.1　DCS概述101

6.1.1　DCS的基本概念101

6.1.2　DCS的特点102

6.2　DCS的硬件构成104

6.2.1　DCS的基本构成104

6.2.2　操作员站105

6.2.3　现场控制站105

6.2.4　工程师站105

6.2.5　服务器及其他功能站106

6.2.6　系统网络106

6.2.7　现场总线网络107

6.2.8　高层管理网络108

6.3　DCS的软件系统109

6.3.1　DCS软件的作用109

6.3.2　现场控制站软件110

6.3.3　操作员站软件110

6.3.4　工程师站软件111

6.3.5　各种专用的功能节点及其相应的软件112

6.3.6　DCS软件体系结构的演变和发展112

6.3.7　OPC技术114

6.4　DCS的网络结构115

6.4.1　网络拓扑结构115

6.4.2　DCS的网络软件116

6.5　DCS的发展概况117

6.5.1　第一代DCS（初创期）118

6.5.2　第二代DCS（成熟期）118

6.5.3　第三代DCS（扩展期）119

6.5.4　新一代DCS的出现120

思考题与习题122

第7章　控制系统设计与仿真123

7.1　控制系统设计的一般原则和步骤123

7.1.1　控制系统设计的原则123

7.1.2　控制系统设计的步骤124

7.2　控制系统仿真125

7.2.1　仿真的概念125

7.2.2　控制系统仿真的分类126

7.2.3　控制系统仿真的过程126

7.2.4　控制系统仿真的作用127

7.3　控制系统的计算机辅助设计128

7.4　数字仿真与计算机辅助设计128

7.5　Matlab概述129

7.5.1　Matlab的产生与发展129

7.5.2　Matlab语言的特点129

7.5.3　Matlab 6.5的新特点131

7.5.4　Matlab语言的基本使用环境132

思考题与习题133

第8章　复杂系统与先进控制技术134

8.1　传统控制理论的局限性134

8.1.1　被控对象和控制任务的复杂性134

8.1.2　传统控制理论的局限性134

8.1.3 自动控制技术的变革135

8.2　复杂系统及其控制136

8.2.1　复杂系统及控制的困难136

8.2.2　先进控制技术136

8.3　大系统控制139

8.3.1　大系统及其控制论的研究内容139

8.3.2　大系统的控制140

8.4　基于网络的控制技术142

8.4.1　基于网络的控制系统142

8.4.2　未来基于数据包的控制系统143

思考题与习题144

参考文献145