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1绪论1

1.1计算机控制系统概况1

1.1.1计算机控制系统的一般概念2

1.1.2计算机控制系统的特点3

1.1.3计算机控制系统的性能指标5

1.2计算机控制系统的组成和分类6

1.2.1计算机控制系统的组成8

1.2.2计算机控制系统的分类8

1.3计算机控制系统的发展概况及趋势12

1.3.1计算机控制系统的发展概况12

1.3.2计算机控制系统的发展趋势12

本章小结15

思考与练习15

2输入／输出过程通道与接口技术16

2.1模拟量输出通道16

2.1.1模拟量输出通道的结构形式16

2.1.2 D/A转换器原理及器件17

2.1.3 D/A转换器接口技术20

2.1.4 D/A转换模板的标准化设计22

2.2模拟量输入通道27

2.2.1模拟量输入通道的结构形式27

2.2.2 A/D转换器原理及器件29

2.2.3 A/D转换器接口技术34

2.2.4 A/D转换模板的标准化设计36

2.3数字量输入／输出通道41

2.3.1数字量输入／输出通道的一般结构41

2.3.2数字量输入通道42

2.3.3数字量输出通道44

2.4人机接口技术50

2.4.1键盘接口技术50

2.4.2显示器接口技术57

本章小结67

思考与练习67

3计算机控制基础理论69

3.1计算机控制系统的信号变换理论69

3.1.1计算机控制系统的信号形式69

3.1.2信号的采样、量化、恢复及保持70

3.2计算机控制系统的数学描述73

3.2.1 z变换与z反变换74

3.2.2线性定常离散系统的差分方程及其求解79

3.2.3计算机控制系统的脉冲传递函数81

3.2.4s平面到z平面的映射85

3.3连续系统的离散化方法及特点86

3.4离散控制系统的特性分析90

3.4.1离散控制系统的稳定性分析90

3.4.2离散控制系统的过渡过程分析93

3.4.3离散控制系统的稳态误差分析95

3.4.4线性定常离散控制系统的可控性、可观性和可达性97

3.5离散控制系统的根轨迹设计法和频域设计法102

3.5.1 z平面根轨迹设计法102

3.5.2频域设计法104

本章小结106

思考与练习107

4计算机控制系统的常规控制策略109

4.1数字PID控制算法109

4.1.1 PID控制规律及其调节作用110

4.1.2标准数字PID控制算法111

4.1.3数字PID控制算法的改进112

4.1.4数字PID参数的整定118

4.2数字控制器的直接设计方法122

4.2.1最少拍控制系统的设计122

4.2.2最少拍无纹波系统的设计127

4.2.3关于最少拍系统的讨论131

4.3纯滞后对象的控制算法133

4.3.1达林算法133

4.3.2 Smith预估算法139

本章小结142

思考与练习143

5伺服装置与数字控制系统145

5.1步进开环驱动装置146

5.1.1步进电动机的工作原理147

5.1.2步进电动机供电方式150

5.1.3步进电动机数字驱动技术151

5.1.4步进电动机的一些基本参数及术语155

5.2交流伺服闭环执行机构156

5.2.1高性能三相永磁同步伺服电动机157

5.2.2位置环158

5.2.3光电编码器159

5.2.4矢量控制161

5.2.5多功能微机控制162

5.3数字程序控制技术164

5.3.1数字程序控制原理165

5.3.2逐点比较法166

5.3.3进给速度的计算和加减速控制172

5.3.4数字控制系统的应用案例175

本章小结178

思考与练习179

6计算机控制系统的新型控制策略180

6.1智能控制研究现状180

6.2模糊控制182

6.2.1模糊控制理论基础182

6.2.2模糊控制系统的原理与设计过程185

6.2.3模糊控制在电饭锅中的应用186

6.3神经控制190

6.3.1神经网络系统模型190

6.3.2 BP网络192

6.3.3神经网络控制的结构195

6.3.4神经控制在复杂系统中的应用196

6.4遗传控制199

6.4.1遗传算法基础理论199

6.4.2遗传算法的改进策略202

6.4.3遗传算法在模糊控制中的应用205

6.5专家控制207

6.5.1专家系统基本概念207

6.5.2专家控制器的原理和结构208

6.5.3专家控制系统的设计与应用209

6.6其他先进控制技术212

6.6.1自适应控制212

6.6.2鲁棒控制214

6.6.3预测控制214

6.6.4量子控制215

本章小结218

思考与练习218

7控制网络技术及现场总线220

7.1控制网络技术概述220

7.1.1控制网络与信息网络的区别220

7.1.2企业计算机网络的层次模型221

7.1.3控制网络的类型及其相互关系221

7.2计算机网络222

7.2.1计算机网络的定义222

7.2.2计算机网络的功能与分类223

7.2.3计算机网络体系结构226

7.3现场总线控制系统技术227

7.3.1现场总线概述227

7.3.2现场总线标准233

7.3.3现场总线的体系结构238

7.3.4典型现场总线简介239

7.3.5 CAN总线243

7.3.6现场总线控制系统性能分析255

7.4计算机控制系统总线简介256

7.4.1总线的概念及分类256

7.4.2内部总线256

7.4.3外部总线260

7.5工业控制组态软件技术262

本章小结265

思考与练习266

8计算机控制系统的设计与实现267

8.1计算机控制系统的设计原则与步骤267

8.1.1系统设计原则267

8.1.2系统设计步骤268

8.2系统的工程设计与实现271

8.2.1系统总体方案设计271

8.2.2硬件的工程设计与实现273

8.2.3软件的工程设计与实现275

8.2.4系统的调试与运行278

8.3计算机控制系统可靠性设计280

8.3.1干扰的形成与分类280

8.3.2硬件抗干扰技术281

8.3.3软件抗干扰技术284

8.4计算机控制系统设计实例290

8.4.1纸机的转速和纸长计算机控制系统290

8.4.2预加水成球模糊逻辑控制系统296

本章小结305

思考与练习305

附录 课程设计实例306

实例1烘箱温度计算机控制系统设计306

实例2 PID控制算法的MATLAB仿真研究308

实例3微型步进电动机控制系统设计311

实例4神经网络用于英文字母的特征识别314

实例5遗传算法在函数优化中的应用318

参考文献323