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前言1

第1章 绪论1

1.1 计算机控制系统的概念1

1.1.1 常规控制系统1

目录1

1.1.2 计算机控制系统2

1.2 计算机控制系统的组成3

1.2.1 计算机控制系统的硬件3

1.3.1 数据采集系统（DAS）5

1.2.2 计算机控制系统的软件5

1.3 计算机控制系统的分类5

1.3.2 直接数字控制系统（DDC）6

1.3.3 监督控制系统（SCC）6

1.3.4 集散控制系统（DCS）7

1.3.5 现场总线控制系统（FCS）8

1.3.6 工业过程计算机集成制造系统（流程CIMS）8

1.4.4 自适应控制10

1.4.3 实现最优控制10

1.4.5 人工智能10

1.4 计算机控制系统的发展趋势10

1.4.2 采用新型的控制系统10

1.4.1 可编程控制器（PLC）10

1.4.6 模糊控制（Fuzzy Control）11

1.4.7 模型预测控制11

1.5 习题11

第2章 计算机控制系统总线技术12

2.1 概述12

2.1.1 总线的概念及分类12

2.1.2 总线组成及总线功能12

2.2 内部总线14

2.2.1 STD总线14

2.2.2 PCI总线16

2.3.1 IEEE-488总线19

2.3 外部总线19

2.3.2 串行通信基础21

2.3.3 RS-232C串行通信接口23

2.3.4 RS-485串行通信接口25

2.4 习题28

第3章 人机接口技术29

3.1 独立式键盘接口设计29

3.1.1 键盘的特点及确认29

3.1.2 独立式按键扩展实例30

3.2 矩阵式键盘接口设计31

3.2.1 矩阵键盘工作原理31

3.2.2 按键的识别方法32

3.2.3 键盘的编码33

3.3 显示技术的发展及其特点33

3.3.1 显示技术的发展33

3.3.2 显示器件的主要参数34

3.4 LED显示器接口设计35

3.4.1 LED显示器的结构36

3.4.2 LED显示器的扫描方式37

3.4.3 LED显示器扩展实例39

3.5 段型LCD显示器接口设计40

3.5.1 LCD的发展过程40

3.5.2 LCD的特点40

3.5.3 LCD的基本结构及工作原理41

3.5.4 LCD的驱动方式41

3.5.5 液晶显示驱动器43

3.5.6 LCD接口电路设计44

3.6 打印机接口电路设计45

3.6.1 标准Centronics接口45

3.6.2 应用实例46

3.7 习题47

4.1.1 信号和采样定理48

第4章 过程输入输出通道接口技术48

4.1 概述48

4.1.2 采样／保持器53

4.1.3 模拟开关54

4.1.4 32通道模拟量输入电路设计实例56

4.2 模拟量输入通道58

4.2.1 模拟量输入通道的组成58

4.2.2 A/D转换器的工作原理59

4.2.3 量化64

4.2.4 A/D转换器的技术指标65

4.3 8位A/D转换器及其接口技术65

4.3.1 ADC0808/0809介绍66

4.3.2 8位A/D转换器与CPU的接口67

4.3.3 8位A/D转换器的程序设计69

4.4 12位A/D转换器AD574A/AD167469

4.4.1 AD574A的内部结构与引脚功能70

4.4.2 AD574A的应用特性及校准71

4.4.3 AD574A与CPU的接口72

4.5 24位∑-Δ型A/D转换器AD771473

4.5.1 引脚介绍74

4.5.2 片内寄存器76

4.5.3 模拟输入与基准输入78

4.5.4 AD7714数字接口79

4.5.5 AD7714与CPU的接口80

4.6 模拟量输出通道83

4.6.1 模拟量输出通道的组成83

4.6.2 D/A转换器的工作原理83

4.6.3 D/A转换器的技术指标85

4.7 8位D/A转换器及其接口技术85

4.7.1 DAC0832介绍85

4.7.2 8位D/A转换器与CPU的接口87

4.8.1 DAC1208/1209/1210的内部结构与引脚功能88

4.8 12位D/A转换器DAC120888

4.8.2 DAC1208与CPU的接口89

4.8.3 DAC1230系列D/A转换器91

4.9 4路12位并行D/A转换器DAC762491

4.9.1 引脚介绍91

4.9.2 应用说明92

4.9.3 DAC7624/25与CPU的接口93

4.10.1 光耦合器94

4.10 数字量输入输出通道94

4.10.2 数字量输入通道96

4.10.3 数字量输出通道98

4.10.4 脉冲量输入输出通道99

4.11 电流／电压转换电路100

4.11.1 电压／电流转换100

4.11.2 电流／电压转换101

4.11.3 集成电压／电流转换器XTR110102

4.12.1 干扰的分类103

4.12 过程通道的抗干扰与可靠性设计103

4.12.2 计算机控制系统可靠性设计105

4.12.3 抗干扰的硬件措施107

4.12.4 抗干扰的软件措施109

4.13 习题111

第5章 数字控制技术113

5.1 数字控制基础113

5.1.1 数字控制的基本原理113

5.1.2 数字控制方式114

5.1.3 开环数字控制115

5.2 逐点比较法插补原理115

5.2.1 逐点比较法直线插补116

5.2.2 逐点比较法圆弧插补120

5.3 步进电动机控制124

5.3.1 步进电动机的工作原理125

5.3.3 步进电动机的驱动电路126

5.3.2 步进电动机控制系统原理图126

5.3.4 步进电动机的工作方式127

5.3.5 步进电动机控制程序设计128

5.4 习题130

第6章 计算机控制系统的控制规律132

6.1 被控对象的传递函数与性能指标132

6.1.1 计算机控制系统被控对象的传递函数132

6.1.2 计算机控制系统的性能指标133

6.1.3 对象特性对控制性能的影响137

6.2 PID控制138

6.2.1 概述138

6.2.2 PID调节的作用138

6.3 数字PID算法140

6.3.1 PID算法140

6.3.2 PID算式的改进147

6.4.1 PID参数对控制性能的影响151

6.4 PID参数整定151

6.4.2 采样周期T的选取152

6.4.3 扩充临界比例度法153

6.5 串级控制155

6.5.1 串级控制算法155

6.5.2 副回路微分先行串级控制算法156

6.6 前馈-反馈控制158

6.6.1 前馈控制的结构158

6.6.2 前馈-反馈控制的结构158

6.6.3 数字前馈-反馈控制算法160

6.7 数字控制器的直接设计方法161

6.7.1 基本概念161

6.7.2 最少拍无差系统的设计162

6.7.3 最少拍无纹波系统169

6.8 大林算法172

6.8.1 大林算法的基本形式172

6.8.2 振铃现象的消除173

6.8.3 大林算法的设计步骤175

6.9 史密斯预估控制176

6.9.1 史密斯预估控制原理176

6.9.2 史密斯预估控制举例178

6.10 模糊控制178

6.10.1 模糊控制的数学基础179

6.10.2 模糊控制系统组成184

6.10.3 模糊控制器设计189

6.10.4 双输入单输出模糊控制器设计192

6.10.5 模糊PID控制194

6.11 模型预测控制196

6.11.1 动态矩阵控制（DMC）197

6.11.2 模型算法控制（MAC）206

6.12 离散状态空间设计方法210

6.12.1 离散系统的能控性和能观测性211

6.12.2 离散状态空间设计方法214

6.13 习题222

第7章 数据库技术与应用程序设计224

7.1 数据库技术224

7.1.1 概述224

7.1.2 分布式数据库225

7.1.3 实时数据库228

7.1.4 历史数据库229

7.2 数字滤波程序230

7.2.1 程序判断滤波230

7.2.2 中值滤波程序231

7.2.3 算术平均滤波程序231

7.2.4 加权平均滤波程序232

7.2.5 低通滤波程序233

7.2.6 滑动平均滤波程序233

7.2.7 各种滤波方法的比较233

7.3.1 线性标度变换程序234

7.3 标度变换程序234

7.3.2 非线性标度变换程序236

7.4 习题236

第8章 现场总线应用技术237

8.1 现场总线的现状与发展237

8.1.1 现场总线的产生237

8.1.2 现场总线的本质238

8.1.3 现场总线的特点和优点238

8.1.4 现场总线的现状241

8.1.5 现场总线网络的实现241

8.1.6 现场总线技术的发展趋势242

8.2 企业网络信息集成系统243

8.2.1 企业网络信息集成系统的层次结构243

8.2.2 现场总线的作用246

8.3 现场总线简介247

8.2.3 现场总线与上层网络的互联247

8.3.1 基金会现场总线（FF）248

8.3.2 CAN248

8.3.3 DeviceNet249

8.3.4 LonWorks250

8.3.5 PROFIBUS251

8.3.6 RS-485251

8.4.1 基本概念252

8.4 数据通信基础252

8.4.2 通信系统的组成254

8.4.3 数据编码255

8.4.4 局域网及其拓扑结构256

8.4.5 网络传输介质258

8.4.6 介质访问控制方式258

8.5 CAN现场总线259

8.5.1 CAN的技术规范260

8.5.2 CAN通信控制器SJA1000269

8.5.3 PCA82C250/251 CAN收发器279

8.5.4 CAN应用节点设计281

8.5.5 基于CAN现场总线的SCADA系统结构285

8.6 PROFIBUS现场总线287

8.6.1 PROFIBUS概述287

8.6.2 从站通信控制器SPC3293

8.6.3 主站通信控制器ASPC2296

8.6.4 PROFIBUS-DP开发包4298

8.6.5 PROFIBUS-DP从站的开发299

8.7 习题300

第9章 计算机控制系统设计301

9.1 计算机控制系统的设计方法301

9.1.1 测控任务的确定301

9.1.2 选择系统的主机机型301

9.1.3 确定控制算法302

9.1.4 系统总体方案设计302

9.1.6 软件设计303

9.1.5 硬件设计303

9.1.7 选择工业自动化仪表304

9.1.8 系统调试305

9.2 工业锅炉计算机控制系统的设计305

9.2.1 工业锅炉的工作过程305

9.2.2 工业锅炉计算机控制的意义306

9.2.3 工业锅炉计算机控制系统的基本功能307

9.2.4 直接数字控制（DDC）系统的设计309

9.2.5 系统总体设计311

9.3 基于工业以太网和现场总线技术的新型控制系统313

9.3.1 系统结构314

9.3.2 系统性能316

9.3.3 OPC技术317

9.3.4 Web浏览与控制技术320

9.3.5 组态软件技术321

参考文献325