目　录

第 1章　计算机控制系统概述　1
1.1　计算机控制系统的一般概念　1
1.2　计算机控制系统的组成　3
1.2.1　计算机控制系统硬件　3
1.2.2　计算机控制系统软件　4
1.2.3　计算机控制系统通信网络　5
1.3　 计算机控制系统的分类　8
1.3.1　操作指导控制系统　8
1.3.2　直接数字控制系统　9
1.3.3　监督计算机控制系统　9
1.3.4　集散控制系统　10
1.3.5　现场总线控制系统　11
1.3.6　计算机集成制造系统　12
1.3.7　物联网控制系统　12
1.4　计算机控制系统的控制规律　13
1.5　关于MATLAB工具软件　14
习题1　17

第 2章　工业控制计算机　18
2.1　控制计算机的主要类型　18
2.2　IPC工控机的组成与特点　21
2.2.1　IPC工控机的硬件组成　21
2.2.2　IPC工控机的软件组成　22
2.2.3　IPC工控机的特点　23
2.2.4　IPC工控机的发展方向　25
2.3　IPC总线结构　26
2.3.1　总线概述　26
2.3.2　内部总线　26
2.3.3　外部总线　29
2.4　 MODBUS通信协议　33
2.4.1　概述　33
2.4.2　两种传输方式　34
2.4.3　MODBUS消息帧　34
2.4.4　错误检测方法　34
2.4.5　MODBUS的编程方法　35
习题2　36

第3章　过程输入/输出通道　37
3.1　概述　37
3.2　模拟量输入通道　39
3.2.1　信号处理电路　40
3.2.2　多路模拟开关　40
3.2.3　前置放大器　42
3.2.4　采样保持器　44
3.2.5　A/D转换器　45
3.3　模拟量输出通道　57
3.3.1　多路模拟量输出通道的结构形式　57
3.3.2　D/A转换器　58
3.3.3　DAC输出方式　66
3.3.4　D/A转换通道的设计　69
3.4　数字量输入通道　71
3.5　数字量输出通道　73
3.6　抗干扰技术　76
3.6.1　干扰的来源与传播途径　76
3.6.2　硬件抗干扰措施　79
习题3　87

第4章　数字程序控制技术　88
4.1　数字程序控制基础　88
4.1.1　数字程序控制原理　88
4.1.2　数字程序控制方式　89
4.1.3　开环数字程序控制　89
4.2　逐点比较法插补原理　90
4.2.1　逐点比较法直线插补　90
4.2.2　逐点比较法圆弧插补　93
4.3　步进电动机控制技术　97
4.3.1　步进电动机的工作原理　97
4.3.2　步进电动机的工作方式　98
4.3.3　步进电动机的脉冲分配程序　99
4.3.4　步进电动机的速度控制程序　101
习题4　103

第5章　计算机控制系统的数学模型　104
5.1　计算机控制系统数学模型的建立　104
5.2　计算机控制系统的时域模型　105
5.2.1　线性常系数微分方程　106
5.2.2　线性常系数差分方程　107
5.3　计算机控制系统的频域模型　108
5.3.1　Z变换理论　108
5.3.2　连续时间系统的传递函数　111
5.3.3　离散时间系统的传递函数　113
5.4　计算机控制系统的状态空间模型　117
5.4.1　基本概念　117
5.4.2　状态空间表达式　118
5.4.3　传递矩阵　120
习题5　122

第6章　数字控制器的连续化设计　124
6.1　数字控制器的连续化设计步骤　125
6.2　数字PID控制器的设计　128
6.2.1　PID三量的控制作用　128
6.2.2　PID控制规律的数字化实现算法　131
6.2.3　MATLAB仿真确认被控对象参数　132
6.2.4　数字PID控制算法的改进　134
6.3　数字PID控制器参数整定　138
习题6　145

第7章　数字控制器的离散化设计　146
7.1　数字控制器的离散化设计步骤　146
7.2　**少拍随动系统的设计　147
7.3　**少拍无纹波随动系统的设计　155
7.4　大林算法　159
7.4.1　大林算法的基本形式　159
7.4.2　振铃现象及其消除方法　160
7.4.3　大林算法的设计步骤　162
7.4.4　用MATLAB仿真被控过程　163
习题7　167

第8章　计算机控制系统的应用软件　168
8.1　计算机控制系统软件概述　168
8.1.1　软件的含义　168
8.1.2　软件的特点　168
8.1.3　软件的分类　169
8.1.4　软件设计的一般过程　169
8.1.5　软件设计的一般方法　169
8.2　计算机控制系统的应用软件　171
8.2.1　控制系统的输入/输出软件　171
8.2.2　数字控制算法的计算机实现　172
8.2.3　控制系统的监控组态软件　175
8.3　计算机控制系统的数据处理技术　178
8.3.1　软件抗干扰技术　178
8.3.2　系统误差的校正　186
8.3.3　非线性处理　188
8.3.4　标度变换　190
8.3.5　越限报警　193
8.4　输入/输出数字量的软件抗干扰技术　194
习题8　194

第9章　计算机控制系统设计　195
9.1　控制系统设计的原则与步骤　195
9.1.1　设计原则　195
9.1.2　系统设计的步骤　195
9.2　系统的工程设计和实现　198
9.2.1　系统总体方案设计　198
9.2.2　硬件的工程设计和实现　198
9.2.3　软件的工程设计和实现　200
9.2.4　系统的调试与运行　201
9.3　某新型建材厂全自动预加水控制系统设计　201
9.3.1　工程概述　201
9.3.2　系统总体方案设计　202
9.3.3　硬件设计　203
9.3.4　软件设计　204
9.3.5　运行调试　206
9.4　基于单片机的智能车模型设计　207
9.4.1　系统概述与总体方案的设计　207
9.4.2　硬件设计　208
9.4.3　软件设计　210
9.4.4　系统调试　213
9.5　基于DSP2812的离网型智能光伏逆变器　214
9.5.1　工程概述　214
9.5.2　系统总体方案设计　215
9.5.3　硬件设计　215
9.5.4　软件设计　218
9.5.5　系统调试　220
习题9　221

第 10章　计算机控制网络技术　222
10.1　工业控制网络概述　223
10.1.1　网络拓扑结构　223
10.1.2　介质访问控制技术　225
10.1.3　差错控制　227
10.2　网络通信协议　227
10.2.1　OSI参考模型　228
10.2.2　IEEE 802标准　229
10.2.3　工业以太网　231
10.3　分布式控制系统　233
10.3.1　概述　233
10.3.2　分布式控制系统特点　233
10.3.3　分布式控制系统的功能层次结构　234
10.4　现场总线控制系统　236
10.4.1　现场总线的特征　236
10.4.2　OSI参考模型与现场总线通信模型　237
10.4.3　基金会现场总线　238
10.4.4　局部操作网络　239
10.4.5　过程现场总线　239
10.4.6　控制器局域网络　242
10.4.7　可寻址远程传感器数据通路　243
10.5　物联网技术　243
10.5.1　物联网定义　244
10.5.2　物联网的总体架构、特点　244
10.5.3　物联网的关键技术　246
10.5.4　物联网智能家居系统的设计　257
习题10　259

参考文献　260