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第一章 绪论1

第一节 计算机控制系统的一般概念1

一、计算机控制系统概述1

二、计算机控制系统的组成2

三、计算机控制系统的效益3

第二节 计算机控制系统的分类4

一、计算机巡回检测和操作指导系统4

二、计算机直接数字控制系统DDC5

三、计算机监督控制系统SCC5

四、计算机集散控制系统DCS6

五、现场总线控制系统FCS6

六、工业过程的计算机集成制造系统（流程CIMS）7

第三节 计算机控制系统的设计与实现9

一、设计与实施计算机控制系统的一般步骤9

二、计算机控制系统的设计方法9

第四节 过程计算机控制系统的发展概况及趋势10

思考题与习题12

第二章 计算机控制系统基础13

第一节 计算机控制系统的采样及信号特点13

一、计算机控制系统的信号形式13

二、信号的采样、采样周期和采样定理14

三、信号的保持15

第二节 计算机控制系统的数学模型16

一、Z变换16

二、计算机控制系统的数学模型21

第三节 离散控制系统的分析25

一、系统的稳定性25

二、系统的可控性、可达性和可观性、可检测性26

三、系统的灵敏性和鲁棒性28

思考题与习题30

第三章 计算机控制系统中的总线技术32

第一节 总线技术概论32

一、总线的概念32

二、总线的分类34

三、总线的模板化结构35

四、总线的体系结构35

五、总线的控制方式37

第二节RS-232总线39

一、RS-232标准的功能特性39

二、RS-232标准的电气特性40

三、RS-232的机械特性41

四、RS-232的常用连接方法41

第三节RS-449、 RS-422、 RS-423及RS-485标准43

一、RS-449标准接口43

二、RS-422标准接口44

三、RS-423标准接口44

四、RS-485标准接口45

第四节SPI总线48

一、SPI总线的组成48

二、SPI总线的时序48

三、SPI示例电路48

第五节I2 C总线49

一、I2 C总线的特点49

二、I2C总线的工作原理49

三、I2 C示例电路51

思考题与习题51

第四章 计算机的输入输出接口技术52

第一节 模拟量输出接口52

一、D/ A转换器原理及器件52

二、D/ A转换器接口与隔离技术56

三、D/ A转换模板的标准化设计59

第二节 模拟量输入接口63

一、A /D转换原理及器件63

二、A /D转换器接口与隔离技术67

三、A /D转换模板的标准化设计73

第三节 开关量输入输出接口75

一、开关量的概念及种类75

二、开关量输入接口76

三、开关量输出接口76

四、开关量输入输出模板的标准化设计76

第四节 人机交互接口78

一、键盘接口78

二、显示器接口79

三、打印机接口87

四、其他人机接口88

思考题与习题91

第五章 计算机控制系统中的数据通信技术93

第一节 数据通信的基础知识93

一数据通信概述93

二、数据传输方式96

三、多路复用技术97

四、数据交换技术98

第二节 数据通信设备102

一、通信适配器102

二、调制解调器103

三、通信介质（媒质）104

第三节 数据通信中的检错与纠错106

一、奇/偶校验106

二、循环冗余校验CRC107

三、恒比码109

思考题与习题109

第六章 计算机控制系统中的网络技术110

第一节 概述110

一、计算机网络的定义110

二、计算机网络的主要功能111

三、计算机网络的分类111

四、计算机网络的基本协议113

第二节 计算机局域网络114

一、局域网络和拓扑结构114

二、网络操作系统116

第三节 计算机网络互连及其协议118

一、概述118

二、网络互连方法118

三、网络互连部件118

四、广域网和远程网122

五、Internet124

第四节 控制网络与现场总线130

一、控制网络130

二、现场总线概述132

三、现场总线标准137

四、具有代表性的现场总线140

第五节 无线网络通信151

一、Zigbee技术151

二、蓝牙技术153

三、WiFi技术154

四、几种无线通信技术的比较155

第六节 控制网络与企业网络156

一、控制系统中计算机网络体系结构156

二、企业的网络管理158

三、实施案例161

思考题与习题162

第七章 计算机控制系统中的控制策略164

第一节 数字滤波和数据处理164

一、采样数据的合理性判别及报警164

二、数字滤波165

三、数据处理167

第二节 数字PID控制算法169

一、标准数字PID控制算法169

二、数字PID控制算法的改进170

三、数字PID控制的参数整定173

四、PID控制回路的性能评估176

第三节 基于数字PID控制的多回路控制系统177

一、串级控制系统178

二、前馈控制系统179

三、纯滞后补偿控制系统180

第四节 模型预测控制181

一、模型预测控制的基本原理181

二、动态矩阵控制（DMC）183

三、模型算法控制（MAC）193

四、广义预测控制（GPC）198

五、小结202

第五节 模糊控制202

一、预备知识202

二、模糊控制的基本原理205

三、模糊控制器的设计206

四、模糊控制器的改进211

五、模糊控制器的工业应用举例212

第六节 控制策略的工程实现214

一、给定值处理215

二、被控量处理216

三、偏差处理216

四、控制策略的实现217

五、控制量处理217

六、自动/手动切换218

思考题与习题219

第八章 计算机控制系统软件技术基础221

第一节 概述221

一、计算机控制系统软件技术基础221

二、计算机控制系统软件构成222

三、计算机控制系统软件特点222

第二节 面向计算机控制的操作系统223

一、操作系统的功能和任务223

二、操作系统的分类225

三、实时操作系统226

四、嵌入式操作系统228

第三节 计算机控制系统中的数据库229

一、数据库系统概述229

二、实时数据库236

三、分布式实时数据库247

第四节 数据库的接口设计248

第五节 计算机控制系统的应用软件250

一、计算机控制系统应用软件的需求250

二、应用软件设计技术251

三、应用软件开发环境及平台254

四、计算机控制系统应用软件设计254

五、商品化的工业控制软件255

思考题与习题256

第九章 计算机控制系统的设计与实施257

第一节 计算机控制系统设计原则和步骤257

一、计算机控制系统设计原则257

二、设计与实施过程计算机控制系统的步骤259

第二节 计算机控制系统的设计与实施260

一、计算机控制系统的总体方案设计260

二、硬件的工程设计与实现262

三、软件的工程设计与实现263

四、控制系统的调试与投运265

第三节 过程计算机控制系统的抗干扰与可靠性技术266

一、计算机控制系统的抗干扰技术266

二、系统供电与接地技术269

三、看门狗及其电源掉电检测技术272

第四节 计算机控制系统的应用实例273

一、典型长网纸机的计算机控制系统设计实例273

二、基于RTLinux和PC/104的微型无人空间飞行器控制系统280

三、以工业控制计算机为核心的锅炉控制系统284

四、基于PLC与DCS的大中型计算机控制系统288

五、结论295

思考题与习题296

第十章 流程工业企业综合自动化系统297

第一节 概述297

一、CIMS的概念与发展297

二、流程工业CIMS与离散工业CIMS之比较300

第二节 流程工业CIMS的体系结构302

一、流程工业CIMS的功能结构及递阶控制层次302

二、流程工业CIMS的体系结构模型304

三、基于三层结构的流程工业现代集成制造体系结构308

四、间歇生产方式对流程工业CIMS的影响309

第三节 流程工业CIMS的核心问题及关键技术310

一、系统集成310

二、系统优化314

三、建立CIMS集成环境的关键技术316

四、实现流程工业CIMS功能集成的关键技术318

第四节 流程工业CIMS设计示例322

一、CIMS的体系结构323

二、实施效果325

思考题与习题325

附录ASCII码326

一、非打印ASCII码（控制代码）326

二、可打印ASCII码（控制代码）326

三、按字节计算CRC的C语言程序示例327

参考文献329