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第1章 概论 1

1.1控制用微型计算机 1

1.1.1控制用微机的特点与组成 1

目 录 1

1.1.2控制用微机的类型 2

1.2微机控制系统 2

1.2.1微机控制系统的功能与特点 2

1.2.2微机控制系统的工作过程 5

与方式 5

1.2.3微机控制系统的结构 5

1.3微型计算机控制技术的发展与作用 6

1.3.1微机控制技术的发展 6

1.4习题与思考题 7

1.3.2微机控制技术的作用 7

第2章软件工程与操作系统基础 8

2.1软件开发技术概述 8

2.1.1软件危机 8

2.1.2软件工程技术 8

2.1.3面向对象的程序设计 11

2.1.4基于构件的软件开发 12

2.2微机控制系统软件设计 13

2.2.1微机控制系统软件的开发 13

2.2.2定义、可行性研究与需求 14

分析 14

2.2.3微机控制系统软件的设计 15

性与质量评价 17

2.2.4微机控制系统软件的安全 17

2.3操作系统基础 18

2.3.1操作系统引论 18

2.3.2操作系统的基本管理 19

2.3.3实时多任务操作系统 22

2.3.4嵌入式实时操作系统 24

2.4习题与思考题 29

第3章常用数据结构和数据处理 31

3.1 常用数据结构及其应用 31

3.1.1数据结构的基本概念 31

3.1.2常用数据结构 32

3.1.3数据查找 39

3.1.4数据排序 42

3.1.5控制系统的特殊数据结构 45

3.2采样与数据处理 47

3.2.1采样周期的选择 47

3.2.2常用数据处理 49

3.3数字滤波 52

3.3.1数字滤波方法 53

3.3.2数字滤波方法的选择 55

3.4习题与思考题 56

第4章运动控制技术 57

4.1 顺序控制 57

4.1.1顺序控制原理 57

4.1.3专用顺序控制器设计 58

4.1.2顺序控制系统特性 58

4.1.4通用顺序控制器的选用 59

4.2程序控制 60

4.2.1程序控制原理 60

4.2.2逐点比较法直线插补 61

4.2.3逐点比较法圆弧插补 64

4.3可编程控制器 67

4.3.1 PLC的主要功能与特点 67

4.3.2 PLC的结构与工作原理 68

4.3.3 PLC常用编程语言 72

4.3.4PLC的选用 75

4.4直流电动机控制 76

4.4.1直流电动机调速原理 77

4.4.2直流电动机的不可逆PWM 79

系统 79

4.4.3直流电动机的可逆PWM系统 81

4.4.4专用运动控制处理器 86

4.5交流异步电动机控制 88

4.5.1 交流异步电动机变频调速 88

原理 88

4.5.2变频调速的机械特性及其 95

补偿 95

4.5.3 SPWM波发生器及其应用 96

4.5.4矢量控制与直接转矩控制 98

和工作原理 101

4.6.1反应式步进电动机的结构 101

4.6步进电动机控制 101

4.6.2步进电动机的工作方式 103

4.6.3步进电动机的特性 105

4.6.4步进电动机的驱动方式 108

4.6.5步进电动机的控制 112

4.7无刷直流电动机控制 114

4.7.1无刷直流电动机的原理与 115

结构 115

4.7.2无刷直流电动机的绕组 118

联结方式 118

4.7.3无刷直流电动机的控制 121

4.8习题与思考题 125

第5章常用控制技术 127

5.1线性离散系统的数学描述 127

5.1.1离散时间信号 127

5.1.2线性常系数差分方程 128

5.1.3 Z变换及其应用 129

5.2数字PID控制 135

5.2.1 PID控制 135

5.2.2PID算法的计算机实现 139

5.2.3 PID算法的改进 140

5.2.4 PID控制的参数整定 143

5.3纯滞后补偿控制 146

5.3.1大林（Dahlin）算法 146

5.3.2施密斯（Smith）预估控制 149

5.4最少拍控制 150

5.4.1不同控制对象的最少拍 150

控制设计 150

5.4.2不同输入函数的最少拍 152

控制设计 152

5.4.3最少拍控制设计的局限性 155

5.4.4最少拍无纹波控制的设计 156

5.5串级控制 157

5.5.1 串级控制系统结构和工作 157

原理 157

5.5.2串级控制系统的特点 158

5.5.3 串级控制系统的设计 160

5.5.4串级控制系统的应用 161

5.6前馈控制 162

5.6.1前馈控制原理与结构 162

5.6.2前馈—反馈控制 163

5.6.3 前馈—串级控制 163

5.6.4前馈控制的设计原则与 164

参数整定 164

5.7线性数字控制器的计算机实现 165

5.7.1 线性数字控制器的一般形式 165

5.7.2数字控制算法的计算机实现 166

5.8习题与思考题 167

第6章现代控制技术 169

6.1基于状态空间的极点配置设计 170

6.1.1基于系统极点配置的控制 171

规律 171

6.1.2基于极点配置的状态观测器 171

6.1.3基于极点配置的控制器设计 173

6.2解耦控制 177

6.2.1解耦控制原理 177

6.2.2解耦控制的计算机实现 179

6.3最优控制系统的设计与实现 180

6.3.1最优控制问题 180

6.3.2最优控制的指标 181

优化设计方法 182

6.3.3基于状态空间模型的最 182

6.4卡尔曼（Kalman）滤波 185

6.4.1离散时间系统 186

6.4.2零输入条件下离散线性系统 187

的Kalman滤波器 187

6.4.3扩展的Kalman滤波 190

6.4.4Kalman滤波在控制中的应用 192

6.5习题与思考题 193

第7章智能控制技术 194

7.1模糊控制 194

7.1.1模糊数学基础 194

7.1.2模糊关系与模糊推理 200

7.1.3模糊控制原理与设计 206

7.2.1专家系统 211

7.2专家控制 211

7.2.2专家控制系统 213

7.2.3专家控制系统的设计 217

7.3神经网络控制 219

7.3.1神经网络的基本模型 220

7.3.2神经网络学习规则 228

7.3.3神经网络控制的结构方案 231

7.4多种控制策略的渗透和结合 236

7.4.1模糊神经网络（FNN）控制 237

7.4.2神经网络专家系统 239

7.5习题与思考题 241

8.1.1总线的基本概念 242

8.1数字通信与网络 242

第8章网络与现场总线 242

8.1.2数字信号传输与通信系统 243

8.1.3计算机局域网 246

8.1.4网络协议及其层次结构 257

8.2分布式控制系统（DCS） 259

8.2.1 DCS结构与特点 259

8.2.2直接测控级 261

8.2.3过程优化级 264

8.2.4生产管理、经营决策和 265

CIMS 265

8.3现场总线控制系统（FCS） 267

8.3.1现场总线的技术特点与优点 268

8.3.3现场总线的OSI模型 269

8.3.2现场总线的调度策略 269

8.4典型的现场总线 270

8.4.1基金会现场总线（FoundationFieldbus,FF） 270

8.4.2 Lon Works 273

8.4.3 Profibus 277

8.4.4 CAN 279

8.4.5现场总线的困境 281

8.4.6 工业以太网 282

8.5习题与思考题 287

第9章微型计算机控制系统设计 288

9.1电磁兼容 288

9.1.1 电磁干扰与机理分析 289

接地 295

9.1.2电磁干扰的抑制、屏蔽与 295

9.2人机界面与输入输出通道 305

9.2.1 人机界面 305

9.2.2输入输出通道 307

9.3监控组态软件 313

9.3.1监控组态软件的特点 313

9.3.2组态软件的数据流与典型 314

构成 314

9.4微机控制系统设计与实现 320

9.4.1系统设计与实现 320

9.4.2应用系统设计实例 322

9.5习题与思考题 325

参考文献 326