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第1章 绪论 1

1.1 现代测控技术的基本概念 1

1.1.1 现代测量技术 1

1.1.2 现代控制技术 2

1.1.3 现代测控技术 3

1.2 现代测控技术的分类 4

1.3 现代测控技术的发展趋势 5

习题 6

第2章 现代测控系统的组成结构 7

2.1 测控系统的组成结构 7

2.2 输入通道 8

2.2.1 数字量输入通道 8

2.2.2 模拟量输入通道 9

2.3 输出通道 13

2.3.1 开关信号输出通道 14

2.3.2 模拟信号输出通道 15

2.4 信号变换 17

2.4.1 信号的采样过程 18

2.4.2 采样定理 19

2.4.3 量化过程和量化误差 20

2.4.4 信号的恢复和保持器 20

2.5 数据处理 23

2.5.1 串模干扰和共模干扰 23

2.5.2 数字滤波 24

2.5.3 标度变换 26

2.5.4 曲线拟合与插值 28

习题 30

第3章 传感器及总线技术 31

3.1 传感器技术 31

3.1.1 微型传感器 31

3.1.2 数字传感器 33

3.1.3 集成传感器 35

3.1.4 智能传感器 35

3.1.5 网络传感器 36

3.2 总线技术 36

3.2.1 总线的定义 36

3.2.2 总线的信号线 37

3.2.3 总线的分类 37

3.2.4 测控总线 37

3.3 串行通信总线 39

3.3.1 串行总线的基本概念 39

3.3.2 串行通信的异步和同步方式 40

3.3.3 差错控制技术 41

3.3.4 串行通信标准总线 44

习题 47

第4章 系统设计与分析的数学工具 48

4.1 差分方程 48

4.2 Z变换 52

4.2.1 Z变换定义 52

4.2.2 Z变换的一些基本性质 55

4.2.3 Z反变换 56

4.2.4 用Z变换求解差分方程 59

4.3 脉冲传递函数 60

4.3.1 脉冲传递函数定义 60

4.3.2 脉冲传递函数的求法 61

4.4 z域稳定性分析 62

4.4.1 系统在z域稳定性条件 62

4.4.2 系统在z域稳定性判据 63

4.4.3 线性离散系统的动态响应分析 65

4.4.4 线性离散系统的稳态误差 67

习题 70

第5章 系统的模拟化设计方法 72

5.1 模拟控制器到数字控制器的实现 72

5.1.1 模拟控制器到数字控制器的离散等效原理及条件 72

5.1.2 模拟控制器转化为数字控制器的方法 74

5.2 数字PID控制器的设计 76

5.2.1 模拟PID控制规律的离散化 77

5.2.2 数字PID控制算法的改进 79

5.3 数字PID控制器参数的整定 82

5.3.1 PID参数变化对系统性能的影响 82

5.3.2 采样周期的选择 83

5.3.3 简易工程法整定参数 84

5.3.4 试凑法确定参数 86

5.3.5 归一参数整定法 87

5.4 设计举例 87

5.4.1 按二阶工程设计法设计数字控制器 87

5.4.2 举例 88

习题 93

第6章 系统的数字化设计方法 95

6.1 最小拍数字测控系统的设计 96

6.1.1 最少拍测控系统设计 96

6.1.2 典型输入信号下输出跟踪输入的拍数 97

6.1.3 系统在典型输入信号作用下输出跟踪输入的适应性 99

6.2 快速有波纹系统的设计 100

6.2.1 稳定性对φ（z）的要求 100

6.2.2 准确性（稳态误差应为零）对φ（z）的要求 101

6.2.3 快速性及可实现性对φ（z）的要求 102

6.2.4 闭环脉冲传递函数φ（z）的设计 102

6.2.5 最少拍有波纹系统的设计过程 103

6.3 快速无波纹系统的设计 104

6.3.1 最少拍无波纹系统设计要求 105

6.3.2 最少拍无波纹系统设计过程 105

6.4 纯滞后测控系统的设计 106

6.4.1 史密斯预估控制 107

6.4.2 大林算法 110

6.5 数字控制系统设计举例 115

6.5.1 恒温箱温度数字测控系统 115

6.5.2 针对含有扰动作用的测控系统设计 118

6.6 数字控制器的频域设计法 120

6.6.1 数字控制器的频率特性 120

6.6.2 W变换法的设计步骤 122

6.6.3 数字控制器的根规迹设计法 124

习题 126

第7章 系统的状态空间设计方法 128

7.1 状态空间法的基本概念 128

7.2 离散系统的状态空间描述 129

7.2.1 由差分方程建立离散状态空间模型 129

7.2.2 多输入多输出离散系统的状态空间描述 133

7.2.3 离散状态方程的求解 134

7.2.4 离散状态空间方程与z传递函数之间的转换 137

7.3 离散系统的能控性和能观性 141

7.3.1 能控性和能观性定义 141

7.3.2 对偶原理 144

7.3.3 能控性、能观性与传递函数矩阵的关系 145

7.4 离散系统的状态空间设计法 147

7.4.1 极点配置设计法 147

7.4.2 状态观测器设计法 150

7.4.3 用可测标准型设计观测器 154

7.4.4 离散二次型最优设计法 156

习题 160

第8章 模糊控制技术 162

8.1 模糊控制的数学工具 162

8.1.1 模糊集合 162

8.1.2 模糊集合的表示方法 163

8.1.3 模糊集合的运算 164

8.1.4 隶属函数的确定方法 164

8.1.5 模糊关系 165

8.1.6 模糊关系方程 170

8.2 模糊控制原理 171

8.2.1 模糊控制器的组成 171

8.2.2 模糊控制器设计 176

8.3 双输入单输出模糊控制器设计 178

8.3.1 双输入单输出模糊控制器设计 178

8.3.2 模糊控制应用实例——洗衣机的模糊控制 181

8.4 模糊数字PID控制器 186

习题 187

第9章 测控系统的仿真技术 189

9.1 MATLAB-Simulink简介 189

9.2 Simulink结构程序设计 191

9.3 离散系统仿真 196

9.4 Simulink仿真应用 201

习题 205

参考文献 206