计算机控制系统基础

本书共8章，内容分别为计算机控制系统概述、过程输入/输出通道、数字程序控制技术、计算机控制系统的数学模型、数字控制器的设计、抗干扰技术、计算机网络控制技术、计算机控制系统设计。
本书编写力求反映应用型本科的要求和工科专业的教学特点，内容由浅入深、循序渐进、通俗易懂，基本概念和基本知识的解释准确清晰，计算机控制技术的说明简明扼要、重点突出(重点包括计算机控制系统的组成、数学模型的建立及数字控制器的连续化和离散化设计)，注重将计算机的硬件和软件设计有机地结合起来，并且特别注意以形象直观的形式来配合文字表述，以帮助读者掌握计算机控制技术的主要内容。
本书可供不同层次的读者选用，既可作为高等院校工科相关专业的本科教材，也可供各类工程技术人员参考。

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 2
1.1.1 计算机控制系统的发展过程 2
1.1.2 计算机控制系统的基本结构 2
1.1.3 计算机控制系统的特点 3
1.2 计算机控制系统的组成 4
1.2.1 计算机控制系统的硬件 4
1.2.2 计算机控制系统的软件 5
1.2.3 计算机控制系统的通信网络 5
1.3 计算机控制系统的分类 7
1.3.1 操作指导控制系统 7
1.3.2 直接数字控制系统 8
1.3.3 监督计算机控制系统 8
1.3.4 集散控制系统 10
1.3.5 现场总线控制系统 10
1.4 计算机控制系统的控制规律 11
1.5 工业控制计算机 12
1.5.1 控制计算机的主要类型 12
1.5.2 工控机的组成与特点 15
1.5.3 工控机的总线结构 18
1.6 MATLAB软件介绍 24
1.6.1 编程环境 24
1.6.2 Simulink仿真模块 25
小结 28
习题 28
第2章 过程输入/输出通道 29
2.1 概述 29
2.2 模拟量输入通道 32
2.2.1 信号处理电路 32
2.2.2 多路模拟开关 33
2.2.3 前置放大器 34
2.2.4 采样保持器 35
2.2.5 A/D转换器 36
2.3 模拟量输出通道 39
2.3.1 多路模拟量输出通道的结构形式 39
2.3.2 D/A转换器 40
2.3.3 D/C转换器输出方式 43
2.3.4 D/A转换通道的设计 46
2.4 数字量输入通道 47
2.5 数字量输出通道 49
小结 52
习题 53
第3章 数字程序控制技术 54
3.1 数字程序控制 54
3.1.1 数字程序控制基础 54
3.1.2 数字程序控制系统分类 55
3.2 步进电动机控制技术 56
3.2.1 步进电动机的工作原理 56
3.2.2 步进电动机的工作方式 59
3.3 伺服电机 60
3.3.1 直流伺服电动机 60
3.3.2 交流伺服电动机 62
小结 62
习题 63
第4章 计算机控制系统的数学模型 64
4.1 计算机控制系统数学模型的建立 65
4.2 计算机控制系统的状态空间模型 66
4.3 计算机控制系统的时域模型 70
4.3.1 线性常系数微分方程 70
4.3.2 线性常系数差分方程 71
4.4 计算机控制系统的频域模型 72
4.4.1 Z变换法解差分方程 72
4.4.2 连续时间系统的传递函数 73
4.4.3 离散时间系统的传递函数 73
4.5 MATLAB实例仿真 76
小结 78
习题 78
第5章 数字控制器的设计 79
5.1 数字控制器的连续化设计步骤 80
5.2 数字PID控制器的设计 84
5.2.1 PID控制规律的特点 84
5.2.2 PID控制规律的数字化实现算法 87
5.2.3 MATLAB仿真确认被控对象参数 88
5.3 史密斯预估器的设计 91
5.4 数字控制器的离散化设计 94
5.5 最少拍随动系统的设计 95
5.6 最少拍无纹波随动系统的设计 100
小结 104
习题 104
第6章 抗干扰技术 105
6.1 干扰的来源与传播途径 106
6.1.1 干扰的来源 106
6.1.2 干扰的传播途径 107
6.2 干扰的作用形式 108
6.2.1 串模干扰 108
6.2.2 共模干扰 109
6.3 硬件抗干扰措施 109
6.3.1 串模干扰的抑制 109
6.3.2 共模干扰的抑制 111
6.3.3 长线传输干扰的抑制 114
6.3.4 信号线的选择与敷设 116
6.4 软件抗干扰措施 117
6.4.1 软件出错对系统的危害 117
6.4.2 数字滤波方法 117
6.4.3 输入/输出软件抗干扰措施 120
6.4.4 程序运行失常的软件抗干扰 121
小结 125
习题 125
第7章 计算机网络控制技术 126
7.1 计算机网络基础 126
7.1.1 网络拓扑结构 127
7.1.2 OSI参考模型 128
7.1.2 IEEE 802标准 130
7.2 集散控制系统 131
7.2.1 集散控制系统的概念 131
7.2.2 集散控制系统的特点 133
7.3 现场总线控制系统 133
7.3.1 现场总线控制系统的特点 134
7.3.2 现场总线控制系统的组成 135
7.4 以太网控制系统 137
7.4.1 控制网络系统的概念 137
7.4.2 以太网控制系统的组成 139
小结 140
习题 141
第8章 计算机控制系统设计 142
8.1 控制系统设计的原则与步骤 143
8.1.1 设计原则 143
8.1.2 系统设计的步骤 143
8.2 系统的工程设计和实现 145
8.2.1 系统总体方案设计 145
8.2.2 硬件的工程设计和实现 145
8.2.3 软件的工程设计和实现 147
8.2.4 系统的调试与运行 147
8.3 基于单片机的语音温度计 148
8.3.1 工程概述 148
8.3.2 系统总体方案设计 148
8.3.3 硬件设计 149
8.3.4 软件设计 154
8.3.5 系统调试 158
8.4 电阻炉温度控制系统 159
8.4.1 系统总体描述 159
8.4.2 硬件系统设计 160
8.4.3 控制系统设计 165
8.4.4 系统软件设计 168
8.4.5 系统的实际控制效果 169
小结 171
习题 171
附录 172
Z变换的性质 172
拉普拉斯变换 173
拉普拉斯变换的常用定理 174
参考文献 175