第1章 概論001
1.1　計算機控制系統的基本概念002
1.2　計算機控制系統的硬件組成003
1.2.1　計算機系統003
1.2.2　檢測儀表004
1.2.3　執行機構004
1.2.4　通信網絡005
1.2.5　IO 器件005
1.2.6　人機界面005
1.3　計算機控制系統的軟件組成005
1.3.1　系統軟件006
1.3.2　應用軟件007
1.4　幾種典型計算機控制系統008
1.4.1　數據采集與操作指導系統008
1.4.2　直接數字控制系統008
1.4.3　監督計算機控制系統009
1.4.4　分級計算機控制系統010
1.5　本書的主要內容011
練習題011 第2章 離散系統分析與設計的數學基礎012
2.1　模擬信號和數字信號的相互轉換013
2.1.1　模擬信號013
2.1.2　采樣信號013
2.1.3　數字信號014
2.2　采樣過程的數學描述014
2.3　采樣信號的頻譜分析015
2.4　采樣定理017
2.5　信號的非理想采樣與重構019
2.5.1　信號的非理想采樣019
2.5.2　信號的非理想重構020
2.6　z 變換與z 反變換022
2.6.1　z 變換的定義023
2.6.2　常見信號的z 變換024
2.6.3　z 變換的性質和定理025
2.6.4　從拉普拉斯變換式求取z 變換028
2.6.5　z 反變換030
2.7　用z 變換求解動態系統的差分方程032
2.7.1　線性定常離散系統差分方程的一般形式032
2.7.2　差分方程的迭代法求解033
2.7.3　差分方程的z 變換求解033
2.8　線性離散動態系統的z 傳遞函數034
練習題035 第3章 計算機控制系統的分析037
3.1　計算機控制系統的簡化框圖038
3.1.1　被控對象038
3.1.2　數字控制器040
3.2　計算機控制系統的z 傳遞函數040
3.2.1　系統連續環節的z 傳遞函數的求取040
3.2.2　閉環z 傳遞函數的求取045
3.3　計算機控制系統的特性分析046
3.3.1　過渡過程特性046
3.3.2　穩定性分析050
3.3.3　穩態誤差分析052
3.3.4　計算機控制系統的采樣周期054
練習題055 第4章 數字控制器的間接設計方法057
4.1　數字控制器間接設計方法思路058
4.1.1　間接設計方法的步驟058
4.1.2　控制器的離散化方法059
4.2　數字PID 控制器062
4.2.1　模擬PID 控制062
4.2.2　數字PID 控制064
4.3　改進的數字PID 控制066
4.3.1　積分分離PID 算法066
4.3.2　抗積分飽和PID 算法067
4.3.3　不完全微分PID 算法068
4.3.4　微分先行PID 算法068
4.3.5　帶死區的PID 算法069
4.4　數字PID 控制器的參數整定方法069
4.4.1　采樣周期T 的選擇確定070
4.4.2　控制器參數K P 、T I 、T D 的選擇方法070
4.4.3　PID 參數整定方法總結073
4.5　史密斯預估控制073
4.5.1　史密斯預估補償原理073
4.5.2　史密斯預估補償數字控制器075
練習題075 第5章 數字控制器的直接設計方法077
5.1　數字控制器的直接設計步驟078
5.2　*少拍控制系統設計080
5.2.1　閉環脈沖傳遞函數的確定080
5.2.2　典型輸入下的*少拍控制系統分析081
5.3　*少拍有波紋隨動系統的設計083
5.4　*少拍無波紋隨動系統的設計087
5.5　大林算法090
5.5.1　大林算法的數字控制器基本形式090
5.5.2　振鈴現象及其消除091
5.5.3　大林算法的設計步驟094
練習題094 第6章 離散系統狀態空間分析與設計095
6.1　線性離散系統的狀態空間描述096
6.1.1　由差分方程建立離散狀態方程　097
6.1.2　由z 傳遞函數建立離散狀態空間表達式098
6.2　計算機控制系統狀態方程106
6.3　線性離散系統的z 特征方程和穩定性110
6.3.1　線性離散系統的z 特征方程110
6.3.2　線性離散系統的穩定性111
6.4　線性離散狀態方程的求解112
6.5　線性離散系統的能控性和能觀測性114
6.6　狀態反饋控制與狀態觀測器設計117
6.6.1　狀態反饋控制117
6.6.2　狀態觀測器設計118
練習題119 第7章 預測PI 控制及工程實踐120
7.1　一階對象的預測PI 控制器的結構121
7.2　預測PI 控制系統的離散化及狀態空間形式122
7.3　PPI 控制器和PID 控制器的比較124
7.3.1　PID 控制器簡介124
7.3.2　PID 控制系統的結構及其狀態空間形式125
7.3.3　仿真比較126
7.4　預測PI 控制器和簡化的預測PI 控制器的比較128
7.4.1　SPPI 控制器的結構和狀態空間形式128
7.4.2　PPI 和SPPI 控制系統的性能分析129
7.5　積分系統的雙預測PI 控制132
7.5.1　簡介132
7.5.2　雙預測PI 控制系統的結構及狀態空間形式133
7.5.3　仿真比較137
7.6　雙預測PI 控制算法在生物發酵罐溫度控制中的應用140
7.6.1　過程描述140
7.6.2　模型的建立141
7.6.3　控制系統的設計142
7.6.4　仿真實驗143
7.6.5　與PI、PD、PID 控制算法的性能比較144
7.6.6　實際控制效果148
練習題149 第8章 計算機集散控制系統及其前沿技術150
8.1　集散控制系統的組成151
8.1.1　DCS 的結構151
8.1.2　現場總線控制系統153
8.2　集散控制系統現場控制層的硬件設備155
8.2.1　數據采集設備155
8.2.2　微處理器系統160
8.2.3　智能儀表161
8.2.4　可編程控制器系統162
8.2.5　可編程自動化控制器PAC 163
8.2.6　工業控制計算機IPC 164
8.3　集散控制系統的軟件技術166
8.3.1　計算機控制系統軟件的基本功能166
8.3.2　計算機控制系統軟件的特點167
8.3.3　計算機控制系統的軟件分類167
8.3.4　國際工業控制編程標準IEC 61131-3 168
8.3.5　CODESYS 軟件與軟PLC 技術169
8.4　集散控制系統的通信技術173
8.4.1　串行總線通信網絡173
8.4.2　工業以太網和現場總線176
8.4.3　OPC 數據交換規范180
8.5　計算機控制系統與信息新技術183
8.5.1　工業互聯網183
8.5.2　工業大數據185
8.5.3　工業人工智能186
練習題188 第9章 計算機控制實驗189
9.1　基于8051 單片機的計算機控制實驗190
9.1.1　實驗裝置的基本結構及功能190
9.1.2　帶積分分離的PID 控制算法實驗192
9.2　基于CODESYS 的分散控制系統開發實驗198
9.2.1　實驗系統的軟硬件環境199
9.2.2　創建項目201
9.2.3　現場層、車間層的設備組態202
9.2.4　編寫控制程序207
9.2.5　控制系統的人機界面開發216
9.2.6　OPC UA Server 功能設置224
9.3　預測PI 控制實驗226
9.3.1　預測PI 控制算法226
9.3.2　報警子程序229
9.3.3　主程序PLC_PRG 的處理流程230 參考文獻232