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第1章 绪论 1

1.1 计算机控制系统的概念 1

1.1.1 常规控制系统 1

1.1.2 计算机控制系统 3

1.2 计算机控制系统的组成 3

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

1.3 计算机控制系统的分类 5

1.3.1 直接数字控制系统（DDC） 5

1.3.2 监督控制系统 6

1.3.3 分散型控制系统 6

1.3.4 现场总线控制系统（FCS） 7

1.3.5 计算机集成制造系统 8

1.3.6 网络控制系统 9

1.4 计算机控制系统的发展趋势 11

1.4.1 控制理论的发展趋势 11

1.4.2 控制系统的发展趋势 12

习题 13

第2章 输入／输出通道接口技术 14

2.1 概述 14

2.1.1 信号和采样定理 14

2.1.2 采样／保持器 18

2.1.3 模拟开关 20

2.2 模拟量输入通道 24

2.2.1 模拟量输入通道的组成 24

2.2.2 A/D转换器的工作原理 24

2.2.3 A/D转换器的技术指标 27

2.3 A/D转换器及接口技术 28

2.3.1 8位A/D转换器及接口技术 28

2.3.2 12位A/D转换器AD574A 31

2.4 模拟量输出通道 34

2.4.1 模拟量输出通道的组成 34

2.4.2 D/A转换器的工作原理 35

2.4.3 D/A转换器的技术指标 37

2.5 D/A转换器及其接口技术 38

2.5.1 8位D/A转换器及接口技术 38

2.5.2 12位D/A转换器DAC1208 40

2.6 数字量输入／输出通道 42

2.6.1 光电耦合器 42

2.6.2 数字量输入／输出通道 43

2.7 过程通道的抗干扰与可靠性设计 44

2.7.1 串模干扰及其抑制 44

2.7.2 共模干扰及其抑制 45

2.7.3 长线传输干扰的抑制 47

习题 50

第3章 人机接口技术 52

3.1 键盘接口设计 52

3.1.1 键盘的工作原理 52

3.1.2 独立式键盘接口设计 54

3.1.3 矩阵式键盘接口设计 56

3.2 LED显示器接口设计 57

3.2.1 LED显示器的结构及显示原理 57

3.2.2 LED显示器的接口设计 61

3.3 LCD显示器接口设计 62

3.3.1 LCD的基本结构及工作原理 62

3.3.2 LCD的驱动方式 63

3.3.3 LCD的接口设计 65

3.4 触摸屏技术 67

3.4.1 触摸屏技术概述 67

3.4.2 触摸屏的工作原理和分类 67

3.5 打印机接口电路设计 69

3.5.1 标准Centronics接口 69

3.5.2 应用实例 70

习题 71

第4章 数据处理方法 72

4.1 查表技术 73

4.1.1 顺序查表法 73

4.1.2 计算查表法 75

4.1.3 对分查表法 76

4.2 数字滤波技术 78

4.2.1 程序判断滤波 79

4.2.2 中值滤波 82

4.2.3 算术平均值滤波 84

4.2.4 加权平均值滤波 85

4.2.5 滑动平均值滤波 86

4.2.6 RC低通数字滤波 87

4.2.7 复合数字滤波 88

4.2.8 各种数字滤波性能的比较 89

4.3 量程自动转换和标度变换 89

4.3.1 量程自动转换 90

4.3.2 线性参数标度变换 93

4.3.3 非线性参数标度变换 95

4.4 测量数据预处理技术 96

4.4.1 线性插值算法 96

4.4.2 分段插值算法程序的设计方法 97

4.4.3 插值法在流量测量中的应用 98

4.4.4 系统误差的自动校正 103

习题 104

第5章 计算机控制系统的控制规律 106

5.1 被控对象的传递函数与性能指标 106

5.1.1 计算机控制系统被控对象的传递函数 106

5.1.2 计算机控制系统的性能指标 107

5.1.3 对象特性对控制系统性能的影响 110

5.2 PID控制 111

5.2.1 概述 111

5.2.2 PID调节的作用 112

5.3 数字PID算法 113

5.3.1 PID算法 113

5.3.2 PID算法的改进 115

5.4 PID参数整定 117

5.4.1 PID参数对控制性能的影响 118

5.4.2 采样周期T的选取 118

5.4.3 扩充临界比例度法 119

5.5 串级控制 120

5.5.1 串级控制算法 121

5.5.2 副回路微分先行串级控制 123

5.6 前馈－反馈控制 123

5.6.1 前馈控制的结构 124

5.6.2 前馈－反馈控制的结构 126

5.6.3 数字前馈－反馈控制算法 128

5.7 数字控制器的直接设计方法 129

5.7.1 基本概念 129

5.7.2 最少拍无差系统的设计 132

5.7.3 最少拍无纹波系统 138

5.8 大林算法 142

5.8.1 大林算法的基本形式 142

5.8.2 振铃现象的消除 144

5.8.3 大林算法的设计步骤 147

5.9 史密斯预估控制 149

5.9.1 史密斯预估控制原理 149

5.9.2 史密斯预估控制举例 151

5.10 模糊控制 154

5.10.1 模糊控制的数学基础 154

5.10.2 模糊控制系统组成 157

5.10.3 模糊控制器设计 164

5.10.4 双输入单输出模糊控制器设计 166

5.11 模型预测控制 168

5.11.1 动态矩阵控制（DMC） 168

5.11.2 模型算法控制（MAC） 178

习题 182

第6章 数字控制技术 185

6.1 数字控制基础 186

6.1.1 数字控制的基本原理 186

6.1.2 数字控制方式 187

6.1.3 开环数字控制 187

6.2 逐点比较法插补原理 188

6.2.1 逐点比较法直线插补 188

6.2.2 逐点比较法圆弧插补 194

6.3 步进电机控制 200

6.3.1 步进电机的工作原理 201

6.3.2 步进电机控制系统原理 202

6.3.3 步进电机的驱动电路 203

6.3.4 步进电机的工作方式 203

6.3.5 步进电机控制程序设计 205

习题 210

第7章 总线技术 212

7.1 总线技术概论 212

7.1.1 总线的定义及分类 212

7.1.2 现场总线综述 212

7.2 串行通信标准总线（RS-232C） 213

7.2.1 串行通信基本概念 213

7.2.2 串行通信标准总线（RS-232C） 219

7.2.3 RS-423/RS-422/RS-485 224

7.3 SPI总线 228

7.3.1 SPI总线概述 229

7.3.2 SPI的工作原理 230

7.3.3 SPI总线协议 232

7.3.4 SPI的应用 234

7.4 I2C总线 236

7.4.1 I2C总线概述 236

7.4.2 I2C总线协议 238

7.4.3 I2C总线的应用 245

7.5 现场总线技术 247

7.5.1 现场总线技术的发展概况 247

7.5.2 现场总线控制系统的特点 248

7.5.3 典型的现场总线 249

7.5.4 现场总线的应用 251

习题 253

第8章 计算机控制系统的设计 254

8.1 微型机控制系统的设计方法及步骤 254

8.1.1 控制系统总体方案的确定 255

8.1.2 微型计算机及接口的选择 257

8.1.3 控制算法的选择 258

8.1.4 控制系统硬件设计 259

8.1.5 控制系统软件设计 263

8.1.6 微型计算机控制系统的调试 265

8.2 炉温计算机控制系统 266

8.2.1 炉温计算机控制系统的原理 266

8.2.2 炉温计算机控制系统硬件设计 267

8.2.3 炉温计算机控制系统软件设计 271

8.3 多容液位控制系统 275

8.3.1 多容液位控制系统的组成 275

8.3.2 多容液位控制系统硬件设计 277

8.3.3 多容液位控制系统的数学模型 281

8.3.4 多容液位控制系统软件设计 281

8.3.5 手动自动调节问题 284

习题 285

参考文献 286

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