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第1章 计算机控制系统概述1

1.1计算机控制系统的概念1

1.1.1基本概念和组成1

1.1.2计算机控制系统的功能与特点5

1.1.3计算机控制系统的工作过程与方式7

1.2计算机控制系统的分类8

1.2.1操作指导控制系统8

1.2.2直接数字控制系统9

1.2.3监督控制系统9

1.2.4分布式控制系统10

1.2.5现场总线控制系统11

1.3计算机控制系统的发展趋势13

1.3.1推广应用成熟的先进技术13

1.3.2大力研究和发展智能控制系统13

习题与思考题14

第2章 计算机控制的理论基础15

2.1概述15

2.2采样过程16

2.2.1信号类型及系统类型16

2.2.2采样与保持分析17

2.2.3采样定理21

2.2.4采样周期的选择23

2.3数字控制设计基础23

2.3.1差分方程23

2.3.2z变换及其特性25

2.3.3输入信号分析29

2.3.4脉冲传递函数29

2.3.5离散系统分析35

2.3.6 MATLAB仿真与分析47

2.4离散化方法50

2.4.1欧拉方法50

2.4.2零极点匹配等效方法51

2.4.3z变换法51

2.4.4保持器等效方法52

2.5数字控制器设计方法52

2.5.1模拟化设计方法53

2.5.2直接数字设计方法54

2.5.3 MATLAB仿真55

2.6本章小结58

习题与思考题58

第3章 过程通道60

3.1概述60

3.1.1过程通道的分类60

3.1.2过程通道的功能61

3.2模拟量输入通道61

3.2.1模拟量输入通道的组成和结构形式61

3.2.2信号调理电路62

3.2.3多路转换器65

3.2.4采样保持器67

3.2.5 A/D转换器68

3.2.6 A/D转换器与计算机的接口设计及仿真73

3.3模拟量输出通道82

3.3.1模拟量输出通道的组成和结构形式82

3.3.2 D/A转换器83

3.3.3 D/A转换器与计算机的接口设计及仿真88

3.4数字量输入输出通道94

3.4.1数字量输入通道94

3.4.2数字量输出通道95

3.4.3数字量输入输出通道设计实例97

3.5数据处理和数字滤波98

3.5.1线性化处理99

3.5.2标度变换100

3.5.3数字滤波及MATLAB仿真101

3.6过程通道的可靠性措施106

3.6.1系统干扰与可靠性问题106

3.6.2过程通道设计中的可靠性措施107

3.7本章小结109

习题与思考题109

第4章 常用的计算机控制算法111

4.1概述111

4.2数字PI D控制112

4.2.1模拟PID控制及仿真112

4.2.2数字PID控制及仿真116

4.2.3 PID控制的参数整定及仿真135

4.2.4 PID控制算法的计算机实现140

4.3最少拍控制145

4.3.1最少拍伺服系统的控制规律145

4.3.2最小拍控制器的设计及仿真145

4.3.3最少拍无纹波控制器的设计及仿真154

4.4纯滞后补偿控制155

4.4.1纯滞后现象155

4.4.2大林算法及仿真156

4.4.3 Smith预估控制及仿真161

4.5数字控制器的实现方法168

4.5.1直接程序设计法168

4.5.2串行程序设计法169

4.5.3并行程序设计法170

4.5.4数字控制器的设计步骤172

4.6本章小结172

习题与思考题172

第5章 网络控制系统174

5.1网络控制系统概述174

5.1.1计算机网络174

5.1.2基于网络的控制177

5.1.3网络控制系统的发展状况179

5.2分布式控制系统180

5.2.1 DCS的体系结构与特点180

5.2.2 DCS的分散过程控制级182

5.2.3 DCS的集中操作监控级184

5.2.4 DCS的综合信息管理级186

5.3现场总线控制系统189

5.3.1现场总线的技术特点189

5.3.2现场总线的OSI模型190

5.3.3五种典型的现场总线194

5.3.4现场总线控制系统的设计方法196

5.4工业以太网控制系统198

5.4.1工业以太网的技术特点198

5.4.2工业以太网控制系统的设计方法201

5.5本章小结203

习题与思考题204

第6章 计算机控制系统设计205

6.1计算机控制系统的设计方法及步骤205

6.1.1概述205

6.1.2控制系统总体方案的确定207

6.1.3控制用微型计算机的选择210

6.1.4建立数学模型，确定控制策略和控制算法211

6.1.5控制系统硬件设计211

6.1.6控制系统软件设计214

6.1.7计算机控制系统的调试215

6.2设计实例1 （DDC控制系统）——湿热试验箱控制系统217

6.2.1湿热试验系统简介217

6.2.2系统设计218

6.3设计实例2（现场总线控制系统）——列车试风试验控制系统222

6.3.1系统概况222

6.3.2系统设计222

6.4设计实例3（工业以太网控制系统）——公路隧道监控系统227

6.4.1系统概况及功能要求227

6.4.2系统设计228

6.5本章小结232

习题与思考题232

附录 常用函数z变换表233

参考文献234