計算機控制技術

本書是普通高等教育“十一五”*規劃教材。本書介紹計算機控制系統的組成、基本控制算法及軟、硬件系統在工業控制中的應用技術。全書共9章，主要內容以典型微型計算機（工控機和單片機）控制系統為例，介紹一般性控制系統的基本概念、原理和各組成部分，分別講述輸入/輸出通道接口技術、順序控制與數字程序控制、數字控制器的設計、模糊控制技術、多微處理器控制系統、控制技術中的計算機系統、計算機控制系統的設計等內容。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設計工程技術人員的參考書。

第1章 緒論 1

1.1 控制系統組成 1

1.2 計算機控制系統的分類 4

1.3 工業控制計算機的特點 8

1.4 計算機控制系統的發展狀況 9

習題1 11

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 温度測量傳感器 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 數據採集與處理方法 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2 40

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LED顯示器接口技術 46

3.2.2 靜態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3 69

第4章 順序控制與數字程序控制 71

4.1 順序控制 71

4.2 數字程序控制 75

4.2.1 逐點比較插補法 75

4.2.2 數字積分器插補法 84

習題4 92

第5章 數字控制器的設計 93

5.1 計算機控制系統的理論基礎 93

5.1.1 控制系統中信號的基本形式與控制系統的基本結構 93

5.1.2 連續系統的數學描述 96

5.1.3 離散系統的數學描述 99

5.1.4 Z變換 102

5.1.5 離散系統的傳遞函數 108

5.1.6 採樣週期的選擇 118

5.2 數字控制器的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算法數字控制器的改進 129

5.2.4 PID算法數字控制器的參數整定 135

5.3 數字控制器的直接設計方法 139

5.3.1 少拍無差系統 140

5.3.2 少拍無紋波系統 150

5.3.3 純滯後系統 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 166

5.7.1 直接實現法 166

5.7.2 級聯實現法 168

5.7.3 並行實現法 171

習題5 173

第6章 模糊控制技術 175

6.1 模糊控制發展概況 175

6.2 常見的控制器類型及模糊規則 177

6.3 簡單模糊邏輯控制系統 180

6.4 基本模糊控制器設計 181

6.5 模糊數學模型 187

6.6 模糊控制的發展 191

習題6 191

第7章 多微處理器控制系統 192

7.1 多微處理器控制系統的結構形式 192

7.2 多微處理器控制系統的數據通信 194

7.3 多微處理器控制系統總線 196

7.3.1 並行總線 197

7.3.2 串行通信標準總線 205

7.3.3 現場總線技術 219

習題7 224

第8章 控制技術中的計算機系統 225

8.1 工業控制計算機（IPC） 225

8.2 可編程控制器（PLC） 228

8.3 嵌入式系統 231

8.3.1 嵌入式系統簡介 231

8.3.2 嵌入式系統開發步驟 233

8.3.3 嵌入式系統的硬件設計 234

8.3.4 嵌入式系統的軟件設計 236

8.3.5 嵌入式操作系統的簡介與選用 239

習題8 245

第9章 計算機控制系統的設計 246

9.1 計算機控制系統的設計步驟與方法 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 計算機控制系統輸出部分的設計 254

9.1.5 計算機控制系統的調試 255

9.2 計算機控制系統的可靠性設計 255

9.3 計算機控制系統的抗干擾技術 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 計算機控制系統設計舉例 277

習題9 286

附錄A 常用函數的拉氏變換與Z變換對照表 287

附錄B 部分習題參考答案 288

參考文獻 292

朱玉璽，佛山科技學院計算機科學與技術系教授，出版*十一五規劃教材《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