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第1章　概论1

1.1　计算机控制技术和企业自动化概论1

1.1.1　企业和企业自动化1

1.1.2　企业自动化的重要性2

1.1.3　计算机控制技术和企业自动化3

1.2　计算机控制技术和系统介绍3

1.2.1　基本概念3

1.2.2　工业控制系统应该满足的要求4

1.2.3　计算机控制系统的基本形式和特点5

1.3　计算机控制系统的应用和发展7

1.3.1　计算机控制技术的主要内容7

1.3.2　常用的计算机控制器8

1.3.3　计算机控制技术在我国的发展和应用12

1.4　计算机控制技术的发展趋势13

1.4.1　计算机控制系统的多样性和统一性13

1.4.2　研究和发展智能控制系统14

1.4.3　工业自动化软件技术及其发展15

1.4.4　嵌入式系统的发展17

1.4.5 网络时代的计算机控制技术17

思考题与习题20

第2章　工业通信基础和计算机接口总线21

2.1　数据通信基础21

2.1.1　通信系统的基本组成21

2.1.2　信号与数据表示22

2.1.3　信道与信道的主要技术指标24

2.1.4　信号的传输方式25

2.2　计算机总线接口技术和内部总线28

2.2.1 总线概述28

2.2.2　内部总线31

2.3　PC系列系统总线35

2.3.1　早期的PC系列总线35

2.3.2　PCI和AGP总线38

2.3.3　新一代PC总线40

2.4　工控机与测控仪器接口总线45

2.4.1　工控机总线技术46

2.4.2　测量仪器总线50

思考题与习题57

第3章　计算机控制系统59

3.1　计算机控制的概念59

3.2　计算机控制系统的组成61

3.2.1 计算机控制系统的硬件组成61

3.2.2　计算机控制系统的软件63

3.3　控制系统的性能指标描述65

3.3.1　计算机控制系统的性能及其指标65

3.3.2　计算机控制系统的能控性和能观测性66

3.3.3　性能指标68

3.4　线性离散系统分析71

3.4.1　线性离散系统的稳定性分析71

3.4.2　离散系统的稳态误差78

3.4.3　离散系统的动态性能81

3.5　线性离散时间系统的能控性与能观测性87

3.5.1　线性定常离散时间系统的能控性定义及判据87

3.5.2　线性定常离散时间系统的能观测性定义及判据89

3.6 应用MATLAB进行离散系统分析91

思考题与习题94

第4章 控制系统的接口：输入输出通道95

4.1　数字量过程通道95

4.1.1　数字量输入通道96

4.1.2　数字量输出通道97

4.2　模拟量输入通道98

4.2.1　模拟量输入通道的结构98

4.2.2　8位A/D转换器ADC0809100

4.2.3 LMx31系列芯片与V/F转换电路101

4.3　模拟量输出通道102

4.3.1 一个通路设置一个数／模转换器103

4.3.2　多个通路共用一个数／模转换器103

4.3.3　模拟量输出电路103

4.3.4　模拟量输出通道的设计104

4.4　传感器和传感系统106

4.4.1　传感器的一般特性106

4.4.2　传感器的类型与发展107

4.5　执行器和驱动系统108

4.5.1 继电器108

4.5.2 固态继电器的工作原理和特性112

4.5.3 电动机114

4.6　人机接口119

4.6.1　键盘接口技术119

4.6.2　显示器接口技术121

4.6.3　LCD显示器结构原理124

思考题与习题127

第5章　控制器设计技术128

5.1 数字控制器的连续化设计技术128

5.1.1 采样频率与连续化设计的关系128

5.1.2　数字PID控制器的设计130

5.1.3　数字PID控制器的改进132

5.1.4　数字PID控制算法的参数整定137

5.2　数字控制器的离散化设计技术141

5.2.1 数字控制器的离散化设计步骤141

5.2.2　最少拍无差数字控制器的设计143

5.2.3　最少拍无纹波系统的设计150

5.3　纯滞后控制技术153

5.3.1　施密斯预估控制算法153

5.3.2　达林算法156

5.4　串级控制技术160

5.4.1 串级控制的特点及设计原则161

5.4.2　数字串级控制算法162

5.5　前馈-反馈控制技术163

5.5.1　前馈控制的结构和原理163

5.5.2　前馈-反馈控制结构164

5.5.3　数字前馈-反馈控制算法165

5.6　状态空间设计法166

5.6.1 状态空间的输出反馈设计法166

5.6.2　状态空间的极点配置设计法171

思考题与习题183

第6章　计算机控制系统的抗干扰技术185

6.1 工业现场的干扰及对系统的影响185

6.1.1 干扰源186

6.1.2　干扰的传播途径187

6.1.3　干扰的作用形式188

6.2　硬件抗干扰技术189

6.2.1 串模干扰的抑制189

6.2.2　共模干扰的抑制191

6.2.3　长线传输干扰的抑制194

6.3　软件抗干扰技术195

6.3.1　软件出错对系统的危害195

6.3.2　数字滤波方法196

6.3.3　输入／输出软件抗干扰措施199

6.3.4　软件冗余技术199

6.3.5 程序运行失常的软件抗干扰199

6.4　接地技术202

6.4.1 计算机控制系统接地的种类及作用202

6.4.2　常用的接地方法203

6.5　电源系统的抗干扰技术205

6.5.1　交流电源系统的抗干扰205

6.5.2　直流电源系统的抗干扰208

6.5.3　抗干扰稳压电源的设计208

思考题与习题210

第7章　主要的工业控制器212

7.1　PLC及其应用212

7.1.1　PLC的基础知识213

7.1.2　PLC软件系统及编程语言219

7.1.3　PLC的应用223

7.1.4　PLC系统的选型和应用设计225

7.1.5　PLC的发展趋势230

7.2　工业控制计算机技术及发展231

7.2.1　工控机概述231

7.2.2　工控机的发展231

7.2.3　软PLC的概念和应用234

7.3　嵌入式控制系统235

7.3.1　嵌入式系统介绍235

7.3.2　嵌入式操作系统237

7.3.3　嵌入式Linux及应用240

7.3.4　嵌入式系统开发知识244

7.3.5　嵌入式微处理器的选择246

7.3.6　嵌入式系统的发展趋势250

思考题与习题251

第8章　工业通信技术和工业网络252

8.1 工业控制系统的接口和通信网络252

8.1.1　工业数据通信的发展252

8.1.2　工业通信网的要求和特点256

8.2　常用通信总线258

8.2.1 串行通信技术和发展258

8.2.2　FireWire和USB总线261

8.2.3　工业无线技术264

8.3　常用的现场总线268

8.3.1　概述268

8.3.2　基金会总线FF270

8.3.3　PROFIBUS技术274

8.3.4 LonWorks278

8.3.5 CAN Bus和汽车内部网络280

8.3.6　其他常用现场总线284

8.4　工业以太网288

8.4.1 以太网基础288

8.4.2 以太网作为现场总线的特点289

8.4.3　工业以太网提高性能的措施290

8.4.4　工业以太网的应用和发展292

8.5　现场总线控制系统293

8.5.1　现场总线控制系统介绍293

8.5.2　现场总线控制系统中的功能模块294

8.5.3　发展趋势295

思考题与习题296

第9章　计算机控制系统的设计与集成297

9.1　计算机控制系统的设计297

9.1.1　控制系统设计的原则297

9.1.2　系统的总体方案设计298

9.1.3　硬件的工程设计和实现299

9.1.4　软件的工程设计和实现301

9.2　企业自动化系统的集成303

9.2.1 自动化系统的主要内容303

9.2.2　自动化系统的层次304

9.3　生产控制系统体系305

9.3.1　计算机集成制造系统305

9.3.2　流程工业中的综合自动化系统309

9.3.3　工厂生产过程监控和SCADA311

9.3.4　工厂自动化的上层系统：MES和ERP314

思考题与习题323

参考文献324