本書是普通高等教育十一五*規(guī)劃教材。本書介紹計算機控制系統(tǒng)的組成、基本控制算法及軟、硬件系統(tǒng)在工業(yè)控制中的應用技術。全書共9章，主要內容以典型微型計算機（工控機和單片機）控制系統(tǒng)為例，介紹一般性控制系統(tǒng)的基本概念、原理和各組成部分，分別講述輸入/輸出通道接口技術、順序控制與數(shù)字程序控制、數(shù)字控制器的設計、模糊控制技術、多微處理器控制系統(tǒng)、控制技術中的計算機系統(tǒng)、計算機控制系統(tǒng)的設計等內容。本書可作為高等院校計算機應用、自動化、電子工程、機電工程等專業(yè)計算機控制技術課程的教材，也可作為從事計算機控制系統(tǒng)設計工程技術人員的參考書。
前 言
本書是普通高等教育十一五國家級規(guī)劃教材。
在自動控制領域，計算機在計算、數(shù)據(jù)處理等方面獲得了極大的成功，它承擔著控制系統(tǒng)中控制器的角色，直接參與控制，從而形成了計算機控制系統(tǒng)。它的參與對控制系統(tǒng)的性能、系統(tǒng)的結構及控制理論等多方面都產生了極為深刻的影響。本書介紹計算機控制系統(tǒng)的組成、工作原理及其特點，并著重說明計算機參與控制后給控制理論及控制系統(tǒng)設計所帶來的新問題。由于理論基礎、實際需要和物質條件這3個因素，使計算機控制成為一門迅速發(fā)展的新興學科。在沒有特別說明的情況下，本書主要闡述以微型計算機為控制器的控制系統(tǒng)，講解系統(tǒng)的組成、原理、控制過程、系統(tǒng)特性及相關新技術應用，將控制對象、傳感器、通道及接口、數(shù)字控制器、系統(tǒng)軟件和各種應用軟件組織成一個有機的整體，形成完整的計算機控制系統(tǒng)，從而達到完整的控制目的。
本書介紹計算機控制系統(tǒng)的組成、基本控制算法及軟、硬件系統(tǒng)在工業(yè)控制中的應用技術。全書共9章，主要內容以典型微型計算機（工控機和單片機）控制系統(tǒng)為例，介紹一般性控制系統(tǒng)的基本概念、原理和各組成部分，分別講述輸入/輸出通道接口技術、順序控制與數(shù)字程序控制、數(shù)字控制器的設計、模糊控制技術、多微處理器控制系統(tǒng)、控制技術中的計算機系統(tǒng)、計算機控制系統(tǒng)的設計等內容。
本書主要特點是，對經典控制系統(tǒng)的基本控制算法、數(shù)學變換、控制參數(shù)整定等，采用適度引入，應用其定理、定義和結論的方法進行講解；將輸入/輸出通道接口技術同相應的輸入/輸出設備及控制作為一個整體考慮，使讀者容易接受控制系統(tǒng)中的模塊化概念，使內容更具有連貫性和完整性；在模糊控制系統(tǒng)中，引入FUZZY理論，深度和廣度適度，明確模糊理論在控制系統(tǒng)中的作用；在總線接口技術中，著重介紹當前應用于各種儀器設備上的PCI接口總線和USB接口總線；針對多機控制系統(tǒng)在現(xiàn)代計算機控制系統(tǒng)中的發(fā)展趨勢，對幾種主導市場的現(xiàn)場總線技術進行介紹；介紹計算機控制系統(tǒng)的設計方法和步驟，選取了經典的實例，作為各種相關技術的綜合應用。
本書著重于建立學生對計算機控制系統(tǒng)的整體概念，培養(yǎng)學生軟件、硬件相結合的系統(tǒng)設計能力。對計算機及相近專業(yè)的學生，根據(jù)課程設置的需要，可選講部分章節(jié)的內容。
本書的第1章、第6章、第7章由朱玉璽編寫，第2章、第3章、第4章和第8章由崔如春編寫，第5章、第9章由鄺小磊編寫。全書由朱玉璽統(tǒng)稿。在本書編寫過程中，始終得到了電子工業(yè)出版社的支持，使本書得以順利完成。
由于我們水平有限，加上時間倉促，書中一定會有一些錯誤，殷切希望得到廣大讀者和同仁的批評指正，以便使本書的質量得到進一步的提高。
作者
朱玉璽，佛山科技學院計算機科學與技術系教授，出版國家級十一五規(guī)劃教材《計算機控制技術》，曾在美國坡士頓計算機培訓中心進修學習
第1章 緒論1
1.1 控制系統(tǒng)組成1
1.2 計算機控制系統(tǒng)的分類4
1.3 工業(yè)控制計算機的特點8
1.4 計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展狀況9
習題111
第2章 輸入通道接口技術12
2.1 信號測量與傳感器技術12
2.1.1 溫度測量傳感器12
2.1.2 壓力測量傳感器14
2.1.3 流量測量傳感器15
2.2 模擬信號輸入通道接口15
2.2.1 模擬多路開關16
2.2.2 A/D轉換器20
2.2.3 數(shù)據(jù)采集與處理方法26
2.3 鍵盤接口技術30
2.3.1 獨立式按鍵30
2.3.2 行列式鍵盤31
2.3.3 軟鍵盤與觸摸屏接口35
2.4 開關量信號輸入接口37
2.4.1 多路開關量信號輸入接口技術37
2.4.2 光電隔離與大功率輸入接口技術38
習題240
第3章 輸出通道接口技術41
3.1 模擬信號輸出通道接口41
3.1.1 D/A轉換器41
3.1.2 PWM技術44
3.2 LED顯示器及其接口技術45
3.2.1 動態(tài)LED顯示器接口技術46
3.2.2 靜態(tài)LED顯示器接口技術48
3.3 LCD顯示器接口技術50
3.3.1 單色LCD顯示原理50
3.3.2 彩色LCD顯示原理51
3.3.3 單色LCD器件的驅動方式51
3.3.4 點陣式單色LCD顯示器的接口53
3.4 開關量輸出接口技術55
3.4.1 輸出接口光電隔離技術56
3.4.2 繼電器輸出接口56
3.4.3 大功率輸出接口58
3.5 電動機控制接口技術59
3.5.1 小功率直流電動機調速原理及控制接口59
3.5.2 步進電機工作原理及控制接口62
習題369
第4章 順序控制與數(shù)字程序控制71
4.1 順序控制71
4.2 數(shù)字程序控制75
4.2.1 逐點比較插補法75
4.2.2 數(shù)字積分器插補法84
習題492
第5章 數(shù)字控制器的設計93
5.1 計算機控制系統(tǒng)的理論基礎93
5.1.1 控制系統(tǒng)中信號的基本形式與控制系統(tǒng)的基本結構93
5.1.2 連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)學描述96
5.1.3 離散系統(tǒng)的數(shù)學描述99
5.1.4 Z變換102
5.1.5 離散系統(tǒng)的傳遞函數(shù)108
5.1.6 采樣周期的選擇118
5.2 數(shù)字控制器的PID設計方法122
5.2.1 PID設計方法122
5.2.2 PID算法的離散形式128
5.2.3 PID算法數(shù)字控制器的改進129
5.2.4 PID算法數(shù)字控制器的參數(shù)整定135
5.3 數(shù)字控制器的直接設計方法139
5.3.1 最少拍無差系統(tǒng)140
5.3.2 最少拍無紋波系統(tǒng)150
5.3.3 純滯后系統(tǒng)153
5.4 串級控制159
5.5 前饋控制162
5.6 解耦控制164
5.7 控制算法的實現(xiàn)166
5.7.1 直接實現(xiàn)法166
5.7.2 級聯(lián)實現(xiàn)法168
5.7.3 并行實現(xiàn)法171
習題5173
第6章 模糊控制技術175
6.1 模糊控制發(fā)展概況175
6.2 常見的控制器類型及模糊規(guī)則177
6.3 簡單模糊邏輯控制系統(tǒng)180
6.4 基本模糊控制器設計181
6.5 模糊數(shù)學模型187
6.6 模糊控制的發(fā)展191
習題6191
第7章 多微處理器控制系統(tǒng)192
7.1 多微處理器控制系統(tǒng)的結構形式192
7.2 多微處理器控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信194
7.3 多微處理器控制系統(tǒng)總線196
7.3.1 并行總線197
7.3.2 串行通信標準總線205
7.3.3 現(xiàn)場總線技術219
習題7224
第8章 控制技術中的計算機系統(tǒng)225
8.1 工業(yè)控制計算機（IPC）225
8.2 可編程控制器（PLC）228
8.3 嵌入式系統(tǒng)231
8.3.1 嵌入式系統(tǒng)簡介231
8.3.2 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)步驟233
8.3.3 嵌入式系統(tǒng)的硬件設計234
8.3.4 嵌入式系統(tǒng)的軟件設計236
8.3.5 嵌入式操作系統(tǒng)的簡介與選用239
習題8245
第9章 計算機控制系統(tǒng)的設計246
9.1 計算機控制系統(tǒng)的設計步驟與方法246
9.1.1 總體方案的確定247
9.1.2 計算機控制系統(tǒng)輸入部分的設計251
9.1.3 確定控制算法253
9.1.4 計算機控制系統(tǒng)輸出部分的設計254
9.1.5 計算機控制系統(tǒng)的調試255
9.2 計算機控制系統(tǒng)的可靠性設計255
9.3 計算機控制系統(tǒng)的抗干擾技術265
9.3.1 硬件抗干擾技術265
9.3.2 軟件抗干擾技術276
9.4 計算機控制系統(tǒng)設計舉例277
習題9286
附錄A 常用函數(shù)的拉氏變換與Z變換對照表287
附錄B 部分習題參考答案288
參考文獻292
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