計算機控制技術

本書以微型計算機為控制工具，系統地闡述了計算機控制系統的設計和工程實現方法。全書主要內容包括：計算機控制系統的組成、特點及發展趨勢，輸入/輸出通道介面技術，人機介面技術，數據處理方法，計算機控制系統的控制規律，數字控制技術，匯流排技術及計算機控制系統的設計等。本書的編寫體系新穎，兼顧理論基礎與實際應用，凸顯了系統性和實踐性。一些計算機控制領域新的技術理論和方法及作者的部分科研成果的加入使得本書更加充實和完善。

本書可作為高等院校自動化、電子與電氣工程、計算機應用、信息工程、儀器儀錶、測控技術、機電一體化等專業的教材，也可供這些領域的工程技術人員用做參考書或培訓教材。

第1章 緒論（1)

1.1 計算機控制系統的概念（1)

1.1.1 常規控制系統（1)

1.1.2 計算機控制系統（3)

1.2 計算機控制系統的組成（3)

1.2.1 計算機控制系統的硬體（4)

1.2.2 計算機控制系統的軟體（5)

1.3 計算機控制系統的分類（5)

1.3.1 直接數字控制系統(DDC) （5)

1.3.2 監督控制系統（6)

1.3.3 分散型控制系統（6)

1.3.4 現場匯流排控制系統(FCS) （7)

1.3.5 計算機集成製造系統（8)

1.3.6 網路控制系統（9)

1.4 計算機控制系統的發展趨勢（11)

1.4.1 控制理論的發展趨勢（11)

1.4.2 控制系統的發展趨勢（12)

習題（13)

第2章 輸入/輸出通道介面技術（14)

2.1 概述（14)

2.1.1 信號和採樣定理（14)

2.1.2 採樣/保持器（18)

2.1.3 模擬開關（20)

2.2 模擬量輸入通道（24)

2.2.1 模擬量輸入通道的組成（24)

2.2.2 A/D轉換器的工作原理（24)

2.2.3 A/D轉換器的技術指標（27)

2.3 A/D轉換器及介面技術（28)

2.3.1 8位A/D轉換器及介面技術（28)

2.3.2 12位A/D轉換器AD574A （31)

2.4 模擬量輸出通道（34)

2.4.1 模擬量輸出通道的組成（34)

2.4.2 D/A轉換器的工作原理（35)

2.4.3 D/A轉換器的技術指標（37)

2.5 D/A轉換器及其介面技術（38)

2.5.1 8位D/A轉換器及介面技術（38)

2.5.2 12位D/A轉換器DAC1208 （40)

2.6 數字量輸入/輸出通道（42)

2.6.1 光電耦合器（42)

2.6.2 數字量輸入/輸出通道（43)

2.7 過程通道的抗干擾與可靠性設計（44)

2.7.1 串模干擾及其抑制（44)

2.7.2 共模干擾及其抑制（45)

2.7.3 長線傳輸干擾的抑制（47)

習題（50)

第3章 人機介面技術（52)

3.1 鍵盤介面設計（52)

3.1.1 鍵盤的工作原理（52)

3.1.2 獨立式鍵盤介面設計（54)

3.1.3 矩陣式鍵盤介面設計（56)

3.2 LED顯示器介面設計（57)

3.2.1 LED顯示器的結構及顯示原理（57)

3.2.2 LED顯示器的介面設計（61)

3.3 LCD顯示器介面設計（62)

3.3.1 LCD的基本結構及工作原理（62)

3.3.2 LCD的驅動方式（63)

3.3.3 LCD的介面設計（65)

3.4 觸摸屏技術（67)

3.4.1 觸摸屏技術概述（67)

3.4.2 觸摸屏的工作原理和分類（67)

3.5 印表機介面電路設計（69)

3.5.1 標準Centronics介面（69)

3.5.2 應用實例（70)

習題（71)

第4章 數據處理方法（72)

4.1 查表技術（73)

4.1.1 順序查表法（73)

4.1.2 計算查表法（75)

4.1.3 對分查表法（76)

4.2 數字濾波技術（78)

4.2.1 程序判斷濾波（79)

4.2.2 中值濾波（82)

4.2.3 算術平均值濾波（84)

4.2.4 加權平均值濾波（85)

4.2.5 滑動平均值濾波（86)

4.2.6 RC低通數字濾波（87)

4.2.7 複合數字濾波（88)

4.2.8 各種數字濾波性能的比較（89)

4.3 量程自動轉換和標度變換（89)

4.3.1 量程自動轉換（90)

4.3.2 線性參數標度變換（93)

4.3.3 非線性參數標度變換（95)

4.4 測量數據預處理技術（96)

4.4.1 線性插值演演算法（96)

4.4.2 分段插值演演算法程序的設計方法（97)

4.4.3 插值法在流量測量中的應用（98)

4.4.4 系統誤差的自動校正（103)

習題（104)

第5章 計算機控制系統的控制規律（106)

5.1 被控對象的傳遞函數與性能指標（106)

5.1.1 計算機控制系統被控對象的傳遞函數（106)

5.1.2 計算機控制系統的性能指標（107)

5.1.3 對象特性對控制系統性能的影響（110)

5.2 PID控制（111)

5.2.1 概述（111)

5.2.2 PID調節的作用（112)

5.3 數字PID演演算法（113)

5.3.1 PID演演算法（113)

5.3.2 PID演演算法的改進（115)

• 5.4 PID參數整定（117)

• 5.4.1 PID參數對控制性能的影響（118)

• 5.4.2 採樣周期T的選取（118)

• 5.4.3 擴充臨界比例度法（119)

• 5.5 串級控制（120)

• 5.5.1 串級控制演演算法（121)

• 5.5.2 副迴路微分先行串級控制（123)

• 5.6 前饋反饋控制（123)

• 5.6.1 前饋控制的結構（124)

• 5.6.2 前饋反饋控制的結構（126)

• 5.6.3 數字前饋反饋控制演演算法（128)

• 5.7 數字控制器的直接設計方法（129)

• 5.7.1 基本概念（129)

• 5.7.2 最少拍無差系統的設計（132)

• 5.7.3 最少拍無紋波系統（138)

• 5.8 大林演演算法（142)

• 5.8.1 大林演演算法的基本形式（142)

• 5.8.2 振鈴現象的消除（144)

• 5.8.3 大林演演算法的設計步驟（147)

• 5.9 史密斯預估控制（149)

• 5.9.1 史密斯預估控制原理（149)

• 5.9.2 史密斯預估控制舉例（151)

• 5.10 模糊控制（154)

• 5.10.1 模糊控制的數學基礎（154)

• 5.10.2 模糊控制系統組成（157)

• 5.10.3 模糊控制器設計（164)

• 5.10.4 雙輸入單輸出模糊控制器設計（166)

• 5.11 模型預測控制（168)

• 5.11.1 動態矩陣控制（DMC) （168)

• 5.11.2 模型演演算法控制（MAC) （178)

• 習題（182)

• 第6章 數字控制技術（185)

• 6.1 數字控制基礎（186)

• 6.1.1 數字控制的基本原理（186)

• 6.1.2 數字控制方式（187)

• 6.1.3 開環數字控制（187)

• 6.2 逐點比較法插補原理（188)

• 6.2.1 逐點比較法直線插補（188)