本书系统论述了计算机控制系统的概念、接口技术、典型程序设计方法、控制策略、数字控制技术、现场总线技术以及计算机控制系统的设计案例。本书强调了系统的整体概念，注重先进性，介绍了计算机控制系统领域的最新成果和发展趋势。

本书特点
　　●内容丰富、逻辑清晰。
　　●内容安排遵从“基础知识的系统性，理论与实践并重”的原则。
　　●深入浅出地讲述计算机控制系统，易学易教。

无

计算机控制科学涉及计算机控制的基本理论、分析、设计与工程实现等多方面内容，采用计算机控制是我国实现现代化的重要标志。当前计算机在实时控制领域得到了广泛应用，这就要求从事自动控制的工程技术和研发人员不仅要掌握生产工艺流程和自动控制理论的基本知识，而且还必须掌握计算机控制系统有关硬件、软件、控制规律、数据通信、现场总线网络技术和数据库等方面的专业知识和技术，从而达到设计和应用计算机控制系统的目的。
　　本书全面系统地讲述了计算机控制系统的基础知识与应用技术，除对计算机控制系统的概念、接口技术、常用控制策略、系统设计与实施等作系统和全面的介绍外，还从工程实际出发，以80X86系统为例，列举了大量工业控制实例，并给出了具体电路、80X86汇编语言和部分C语言编写的应用程序，使学生充分掌握计算机控制系统的基础知识。同时对工业自动化领域的新技术如嵌入式系统、现场总线、企业综合自动化系统等作了介绍，使学生及时掌握计算机控制系统的发展趋势。
　　全书共分8章。第1章为概述部分，介绍了计算机控制系统的一般概念、组成、分类及发展趋势；第2章重点介绍了过程输入输出接口技术，包括数据的采集及保持、模/数转换器、数/模转换器、计数/定时器8254、可编程并行I/O接口芯片8255A、开关量接口技术和数据采集系统；第3章介绍了常用的控制程序，包括巡回检测、数字滤波、标度变换、上下限报警、数码管显示及键处理；第4章介绍了计算机控制系统的控制策略，包括数字PID控制、串级控制、大林算法和数字控制器设计；第5章介绍了数字控制基础、逐点比较法插补原理、步进电机和伺服电机的控制；第6章介绍了计算机控制系统的设计方法、软硬件设计和综合举例；第7章介绍了现场总线及其标准，重点介绍了CAN 总线和PROFIBUS总线；第8章介绍了制造工业CIMS的体系结构、关键技术和设计实例。
　　本书是在杨鹏教授编写的“计算机控制技术”教材的基础上，结合多年讲授“计算机控制系统”课程的教学经验和科研成果，参考了国内外的大量文献和著作编写而成。河北工业大学杨鹏教授负责第1章、第3章和第6章的编写及全书的定稿工作，刘作军副教授负责第2章和第5章的编写，郭欣副教授负责第7章的编写和C语言程序的编写，陈玲玲博士负责第4章41和44节的编写和全书的校对、统稿工作，孙昊博士负责第5章的部分编写工作并对全书的汇编语言程序进行了调试。石家庄铁道学院邓晓燕教授和杜立强副教授负责第8章和第4章中42和43节的编写。
由于编者知识和经验所限，书中的错误和不妥之处请广大读者不吝指正。

　　编者
　　2008年6月

前言

教学建议


第1章计算机控制系统概述
11计算机控制系统的一般概念

111计算机控制的发展过程

112计算机控制系统的基本结构

113计算机控制系统的特点

12计算机控制系统的组成

13计算机控制系统的分类

131计算机操作指导控制系统

132直接数字控制系统

133监督计算机控制系统

134计算机分级控制系统

135集散控制系统

136现场总线控制系统

137计算机集成制造系统

14计算机控制系统的发展趋势

第2章过程输入输出接口技术


21数据的采样及保持

211信号的采样

212信号的量化

213信号的编码

214多路开关

215采样/保持器

22模/数转换器

221模拟输入信号的调理

222A/D转换器的工作原理

223A/D转换器的技术指标

2248位A/D转换器及其与

CPU的接口

22512位A/D转换器及其与

计算机的接口

23数/模转换器

231D/A转换器原理和基本结构

232D/A转换器的主要特性参数

2338位D/A转换器的应用

234D/A转换器双极性模拟输出的

接法

23512位D/A转换器

24计数/定时器8254

2418254的功能及结构

2428254的编程

2438254的工作方式

244计数瞬时值和状态信息的

读取

2458254的应用举例

25可编程并行I/O接口芯片

8255A

2518255A的功能及结构

2528255A的工作方式

2538255A的应用

26开关量接口技术

261开关量输入接口

262输出接口隔离技术

263继电器输出接口技术

264可控硅（晶闸管）输出接口

技术

265固态继电器输出接口

266综合举例

27数据采集卡

271数据采集系统

272典型的数据采集卡简介

第3章常用控制程序设计


31巡回检测程序

311概述

312巡回检测举例

32数字滤波程序

321概述

322数字滤波方法

323数字滤波程序设计

33标度变换程序

331线性标度变换

332非线性参数标度变换

333非线性补偿

34上、下限报警程序

35数码管显示程序

351LED数码显示器

352静态显示

353动态显示

354LED点阵显示器的设计

36键处理程序

第4章计算机控制系统的

控制策略

41数字PID控制

411模拟PID控制器

412数字PID控制器控制算法

413数字PID控制器控制算法

改进

414数字PID控制器的参数

整定

42串级控制

421基本原理

422设计举例

43大林算法

431大林算法的设计原理

432振铃现象及其消除

44数字控制器设计方法

441连续对象的离散化方法

442数字控制器的离散设计

方法

443最少拍控制

第5章数字控制技术


51数字控制基础

511数字控制的基本原理

512数字控制方式

513数字控制系统结构

52逐点比较法插补原理

521逐点比较法直线插补

522逐点比较法圆弧插补

53步进电机的微机控制

531步进电机结构及工作原理

532步进电机的工作方式

533步进电机的功率放大电路

534步进电机的主要性能指标和

使用注意事项

535步进电机微机控制系统

54伺服电机的控制

541伺服电机及其控制的

基本方法

542伺服电机控制的功率接口

技术

543伺服电机控制系统的检测

元件

544直流伺服电机系统的设计

第6章计算机控制系统设计与

综合举例

61计算机控制系统的设计方法

611系统设计的原则

612确定工程项目与控制任务

613工程项目的设计

614项目仿真与调试

62计算机控制系统的软、硬件

设计

621控制计算机的选型

622接口电路与信号调理

623定时操作系统的实现

624显示技术及控制任务的

协调

625计算机应用系统中的

抗干扰设计

63烘箱温度计算机控制系统设计

631控制系统的组成

632控制软件设计

633程序清单

64基于混合仿真实验系统的二阶

液位控制系统设计

641实验装置与系统环境

642过程控制混合仿真平台的

结构组成

643混合仿真实验系统的

实现原理

644二阶液位控制系统的

MATLAB仿真

65三轴数控铣床计算机控制

系统设计

651控制系统的组成

652控制软件设计

第7章现场总线技术


71现场总线概述

711现场总线简介

712现场总线的发展背景

与趋势

713现场总线系统的技术特点

714现场总线的优点

715几个有影响的现场总线

标准化组织及标准

72现场总线标准

721现场总线的7层模型

722现场总线物理层标准简介

723现场总线其他层次协议

简介

73CAN总线

731CAN的技术规范

732CAN节点设计

733基于CAN现场总线的SCADA

系统结构

74PROFIBUS总线简介

741PROFIBUS概述

742PROFIBUS现场总线在上海

大众汽车有限公司的应用

举例

第8章制造工业企业

综合自动化系统

81概述

811CIM和CIMS的内涵

812CIMS技术的发展

813制造工业特点及其与离散

工业的区别

82制造工业CIMS体系结构

821制造工业CIMS的功能结构

及递阶控制层次

822制造工业CIMS的体系

结构模型

823基于三层结构的制造工业

现代集成制造体系结构

824间歇生产方式对制造工业

CIMS的影响

83制造工业CIMS的关键技术

831建立CIMS集成环境的

关键技术

832实现制造工业CIMS功能集成的

关键技术

84制造工业CIMS设计实例

习题及思考题

附录A常用Z变换、拉氏变换表

附录BC语言程序清单

附录C汇编语言程序清单

参考文献