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第一章 微型计算机控制系统概述 1

第1-1节 控制系统的基本概念 1

目录 1

第1-2节计算机控制系统的组成 3

一、微型计算机的基本结构 4

二、过程通道 5

三、人—机联系设备 6

第1-3节计算机控制系统的类型 6

一、操作指导控制系统 7

二、直接数字控制系统 7

四、分级控制系统 8

（一） 积分分离的PID算式 （1 8

三、监督控制系统 8

第1-4节微型计算机的输入—输出及其接口电路 9

一、概述 9

二、微型计算机的输入—输出方式 12

三、中断 15

四、常用接口片 19

第二章 过程通道 35

第2-1节过程参数的采样原理 36

一、采样过程及其数学描述 36

二、采样定理 37

三、采样周期的选择 39

四、多路采样装置 40

（一）干簧继电器采样装置 41

（二）飞渡电容继电器式多路采样装置 42

（三）单片模拟开关 42

（四）变压器隔离式MOS开关多路采样器 44

第2-2节模拟量输出通道 45

一、输出保持器 46

（一） 保持器及其作用 46

（二） 保持器的结构 47

第五章 最优控制简介 （1 50

二、数模（D/A）转换的基本工作原理 51

三、8位D/A转换器及其和CPU的连接 53

四、10位、12位D/A转换器及其和CPU的连接 58

第2-3节模数（A/D）转换器 62

一、A/D转换的基本工作原理 62

二、8位A/D转换器及其和8位CPU的连接 64

三、10位、12位A/D转持器及其和CPU的连接 68

一、开关量输入通道 72

第2-4节开关量输入—输出通道 72

二、开关量输出通道 73

三、开关量通道的抗干扰措施 74

一、概述 75

第2-5节微型计算机控制系统的抗干扰措施 75

二、抗干扰措施 76

（一） 供电系统方面的抗干扰措施 76

（二） 过程通道方面的抗干扰措施 77

（三） 地线配置方面的抗干扰措施 77

第三章 控制系统中常用程序的设计 79

一、控制系统中软件的特点 79

第3-1节概述 79

二、控制系统中常用程序的组成 80

三、控制系统中软件的设计步骤 80

第3-2节数据采集与处理系统 80

一、读入数据 82

（一） 用传递函数描述控制系统 （1 83

二、有效性检验 83

三、线性化处理 83

五、计算处理 87

四、数字滤波 87

六、上、下限检查 88

一、限幅滤波程序 89

第3-3节数字滤波程序 89

二、算术平均滤波程序 90

三、五中取三滤波程序 91

四、一阶延滞滤波程序 93

第四章 微型计算机控制系统中的控制算法 96

第4-1节PID控制算法 96

一、PID控制作用原理 96

（一） 理想微分型的PID算式 100

二、PID控制算式 100

（二） 实际微分型的PID算式 101

（三） 参数的整定 103

（四） PID控制算式的程序设计 105

三、PID控制算式的几种发展 108

（二） 带有死区的PID控制算式 108

（三） 微分先行的PID控制算式 108

（一） 串级控制系统的概念及举例 109

四、串级控制算法 109

（二）直接数字串级控制系统及其算式 110

（三） 串级控制系统的参数整定 111

（一） 应用微机控制同步发电机的励磁 111

五、应用举例 111

（二） 应用微机对直流电动机实现串级调速 116

第央2节纯滞后补偿控制 120

一、纯滞后补偿控制的基本原理 120

（一） Smith预估器 120

（二） 改进型的Smith预估器 122

二、直接数字纯滞后补偿控制算式 124

（一） 纯滞后补偿控制算式 124

（二） 能完全补偿扰动的纯滞后补偿控制算式 125

三、应用举例 127

第4-3节前馈－反馈控制系统 129

一、前馈－反馈控制系统的基本概念及实例 129

二、直接数字前馈－反馈控制算式 133

三、应用举例 135

（一） 互相耦合的多变量控制系统举例 140

第4-4节解耦控制系统 140

一、基本解耦关系 140

（二） 基本解耦关系 141

二、直接数字解耦系统……………………………………………………………（ 144 ）（一） 解耦矩阵的离散形式 144

（二） 解耦控制系统应用举例及其算式 146

第5-1节最优控制的基本概念 150

一、最优控制问题的提法 150

（一） 最优控制的实例 150

（二） 最优控制问题的提法 152

二、连续的线性二次型问题 155

（一） 连续的线性二次型问题的求解 155

（二） 黎卡提代数方程式的求解 158

三、离散的线性二次型问题 159

（一） 多步决策过程的例 159

（二） 最优性原理及动态规划的基本方程 160

（三） 线性定常二次型问题的求解 161

（四） 当N充分大时，线性定常系统最优控制的计算 164

（五） 离散的黎卡提代数方程式的求解 165

四、连续系统的离散化 165

一、同步发电机的励磁最优控制 166

第5-2节最优控制应用举例 166

（一） 同步发电机励磁控制的数学模型 167

（二） 最优控制规律及其程序设计 168

（三） 系统结构 169

二、电阻炉温度的最优控制 170

（一） 数学模型 170

（二） 最优控制规律 171

（三） 在TP—801单板机上实现最优控制 173

三、应用微机对火电厂的机组实现闭环最优分配负荷 174

（四） 系统结构 174

（一） 负荷的最优分配 175

（二） 调整同步器的控制算式 178

（三） 系统结构 179

附录Ⅰ： 180

一、连续时间控制系统的数学描述 180

（二） 控制系统的状态空间表达式 187

二、控制系统的特性 190

（一） 控制系统的阶跃响应 190

（二） 控制系统的品质指标 191

（三） 控制系统的稳定判据 192

三、离散时间控制系统的数学描述 196

（一） Z变换和Z传递函数 198

（二） 离散的状态空间表达式 202

（三） 离散系统的稳定判据 203

（四） 二阶离散系统 206

四、离散控制系统设计简述 207

（一） 按模拟系统设计，数字化控制器的方法进行设计 207

（二） 数字式PID控制系统的设计 210

一、二进制运算的若干程序 214

附录Ⅱ： 214

二、PID控制算式程序 221

三、求解连续时间系统黎卡提代数方程式的BASIC程序 224

四、求解离散时间系统黎卡提代数方程式的BASIC程序 228

五、计算连续系统离散化的BASIC程序 231

附录Ⅲ： 234

一、某些A/D芯片的性能及引脚功能 234

二、某些D/A芯片的性能及引脚功能 235

参考文献 239