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第1章 计算机控制系统概述1

1.1 自动控制系统的工作原理1

1.1.1 自动控制的任务1

1.1.2 反馈控制系统的工作原理1

1.1.3 反馈控制系统的组成2

1.1.4 自动控制系统的类型3

1.2 对控制系统的基本要求4

1.2.1 控制系统的典型外作用函数4

1.2.2 闭环控制系统的过渡过程6

1.2.3 闭环控制系统的控制指标6

1.2.4 计算机控制系统的综合控制指标7

1.3 计算机控制系统的组成和分类8

1.3.1 计算机控制系统的一般概念8

1.3.2 计算机控制系统的硬件组成8

1.3.3 计算机控制系统的软件组成10

1.3.4 计算机控制系统的分类11

小结16

习题16

第2章 连续控制系统的数学模型和传递函数分析法18

2.1 被控对象特性的类型18

2.1.1 有自衡非振荡过程的响应曲线18

2.1.2 无自衡非振荡过程的响应曲线19

2.1.3 有自衡振荡过程的响应曲线19

2.1.4 具有反向特性的过程的响应曲线20

2.2 被控对象特性的—般分析20

2.2.1 放大系数K020

2.2.2 时间常数T022

2.2.3 时滞τ23

2.3 微分方程的建立24

2.3.1 建立系统微分方程的一般规律24

2.3.2 建立微分方程的步骤和方法25

2.4.1 拉氏变换26

2.4.2 常用函数的拉氏变换表26

2.4 拉氏变换和传递函数26

2.4.3 拉氏变换法则27

2.4.4 从微分方程到传递函数28

2.4.5 用拉氏反变换求系统或环节的输入响应28

2.5 方块图及其变换29

2.5.1 方块图29

2.5.2 方块图的等效变换31

2.6 控制系统的阶跃响应34

2.6.1 一阶系统的阶跃响应34

2.6.2 二阶系统的阶跃响应35

2.7.1 稳定性的基本概念38

2.7.2 劳斯稳定判据38

2.7 控制系统的稳定性和稳定判据38

小结40

习题40

第3章 传感器42

3.1 传感器概述42

3.1.1 传感器的作用及组成42

3.1.2 传感器分类42

3.1.3 对传感器的主要技术要求43

3.1.4 不同领域使用的传感器43

3.1.5 用于机器人的传感器44

3.1.6 家用设施中使用的传感器45

3.1.7 医疗卫生保健领域使用的主要传感器45

3.2 机械量传感器46

3.2.1 压电传感器46

3.2.2 电感式接近传感器49

3.2.3 光栅位移传感器51

3.3.1 集成温度传感器54

3.3 热工量传感器54

3.3.2 高分子材料湿度传感器59

3.3.3 涡流流量传感器61

3.4 光传感器63

3.4.1 光电式传感器63

3.4.2 红外光传感器73

3.4.3 紫外线传感器74

3.5 其他传感器77

3.5.1 气敏传感器77

3.5.2 超声波传感器79

3.5.3 霍尔传感器80

小结82

习题83

4.1.1 执行器应具备的主要技术特征84

4.1.2 执行器的分类及特点84

4.1 执行器概述84

第4章 执行器84

4.2 气动执行器85

4.2.1 气动执行器的基本结构和工作原理85

4.2.2 气动执行器与计算机的连接86

4.3 电动执行器86

4.3.1 伺服电动机86

4.3.2 步进电机88

4.3.3 调节阀90

4.3.4 电磁阀90

4.3.5 固态继电器91

4.4 液压执行器94

4.5 防火、防爆和手动／自动、无扰动切换95

4.5.1 防爆栅95

4.5.2 手动／自动、无扰动切换95

习题97

小结97

第5章 计算机测量控制系统输入／输出技术98

5.1 模拟量输入通道98

5.1.1 输入信号的处理98

5.1.2 模拟多路开关101

5.1.3 程控增益放大器103

5.1.4 采样和采样定理110

5.1.5 A/D转换器和微处理器的连接114

5.2 模拟量输出通道120

5.2.1 模拟量输出通道的结构形式120

5.2.2 单片D/A转换器和CPU的连接121

5.2.3 D/A转换器的输出方式124

5.2.4 D/A转换模板的通用性125

5.3 开关量输入／输出通道126

5.3.1 数字量输入接口127

小结128

5.3.2 数字量输出通道128

习题129

第6章 数据处理技术130

6.1 数字滤波130

6.1.1 惯性滤波法130

6.1.2 算术平均滤波法132

6.1.3 加权平均滤波法133

6.1.5 防脉冲干扰平均值法（复合滤波法）134

6.1.4 中值滤波法134

6.1.6 滑动平均滤波法135

6.1.7 程序判断滤波法136

6.2 标度变换与线性化处理137

6.2.1 标度变换137

6.2.2 线性化处理137

6.3 查表技术141

6.3.1 顺序查表法141

6.4.1 越限报警处理142

6.4 报警处理142

6.3.2 折半查表法142

6.3.3 计算查表法142

6.4.2 声、光和语音报警144

小结148

习题148

第7章 微机测控系统抗干扰技术149

7.1 干扰的来源和传播途径149

7.1.1 干扰的种类149

7.1.2 干扰传播途径150

7.2 干扰抑制的基本原则150

7.3 干扰抑制技术151

7.3.1 电源系统的抗干扰措施151

7.3.2 接地系统的抗干扰措施153

7.3.3 I/O接口的抗干扰措施156

7.3.4 输入／输出传输线的抗干扰措施159

7.3.6 软件抗干扰措施163

7.3.5 静电和电磁干扰的抑制163

小结166

习题166

第8章 数字PID控制167

8.1 数字PID控制算法167

8.1.1 连续控制系统的PID控制规律167

8.1.2 位置式PID算式168

8.1.3 增量式PID算式168

8.1.4 PID程序设计时应考虑的若干问题169

8.2 积分饱和及其抑制170

8.2.1 积分饱和的原因及其影响170

8.2.2 积分饱和的抑制171

8.3 数字PID算法的改进173

8.3.1 实际微分PID算式173

8.3.2 带死区的PID算式175

8.4 PID调节器参数的整定与在线修改176

8.3.3 给定值突变时的改进算法176

8.3.4 砰砰——PID复合控制176

8.4.1 扩充临界比例度法177

8.4.2 PID参数的在线修改178

小结178

习题179

第9章 复杂控制系统180

9.1 串级控制180

9.1.1 串级控制原理及优点180

9.1.2 串级控制系统的确定181

9.2 比值控制182

9.2.1 单闭环比值控制182

9.2.2 双闭环比值控制182

9.2.3 变比值控制系统182

9.3.1 前馈控制是按扰动进行的开环控制184

9.3 前馈控制184

9.2.4 串级比值控制系统184

9.3.2 完全补偿的条件185

9.3.3 前馈－反馈控制系统185

小结186

习题186

第10章 可编程序控制器187

10.1 PLC的工作原理与硬件组成187

10.1.1 PLC的基本组成部件187

10.1.2 可编程序控制器的特点187

10.1.3 可编程序控制器的应用188

10.1.4 PLC的工作原理189

10.1.5 PLC的硬件190

10.2 PLC的编程语言及软件设计191

10.2.1 梯形图编程语言192

10.2.2 顺序功能图编程199

10.3.1 注塑机的工艺流程202

10.3.2 确定I/O点及分配I/O地址202

10.3 可编程序控制器控制注塑机202

10.3.3 控制系统梯形图203

10.3.4 梯形图指令表204

小结205

习题206

第11章 集散系统和CIMS系统简介207

11.1 集散系统207

11.1.1 系统的主要特点207

11.1.2 基本组成部件208

11.1.3 DCS的结构特点209

11.1.4 DCS的体系结构210

11.1.5 典型DCS系统简介211

11.2.1 CIMS追求生产活动的整体优化213

11.2 计算机集成制造系统（CIMS）简介213

11.2.2 CIMS的组成214

11.2.3 CIMS的基础技术215

11.2.4 CIMS结构216

小结219

习题219

第12章 微机测控系统使用的先进单片机220

12.1 PIC系列单片机220

12.1.1 PIC单片机的主要特点220

12.1.2 PIC系列单片机的性能及命名规则223

12.1.3 PIC单片机的RISC指令系统230

12.1.4 PIC单片机应用系统开发232

12.2 Motorola系列单片机233

12.2.1 Motorola系列单片机的性能及命名规则233

12.2.2 Motorola系列单片机的主要特点233

12.2.3 Motorola系列单片机的指令系统及特点244

12.2.4 Motorola系列单片机应用系统开发246

小结247

习题247

第13章 微机测控系统实例248

13.1 带L.ED显示和4×4键盘的4通道电压表248

13.1.1 系统硬件电路248

13.1.2 程序框图250

13.1.3 参考程序251

13.2 电饭煲的模糊控制261

13.2.1 烧饭的工艺过程261

13.2.2 硬件电路261

13.2.3 软件设计263

13.3.4 上位机265

13.3.3 系统结构265

13.3.2 PLC选择265

13.3.1 系统要求265

13.3 高档PLC电厂输煤程控系统265

13.3.5 系统组态图266

13.4 数控机床267

13.4.1 车床数字控制器的主要任务267

13.4.2 逐点比较法插补原理268

13.4.3 数字控制中其他一些重要概念272

13.5 锅炉微机控制系统274

13.5.1 锅炉工艺流程简介274

13.5.2 锅炉微机控制的任务及实现275

13.5.3 系统硬件配置277

13.5.4 系统软件278

小结280

习题280

参考文献281