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前言

第1章 绪论 1
1.1 计算机控制系统概述 1
1.2 计算机控制系统的组成及分类 2
1.2.1 计算机控制系统 2
1.2.2 计算机控制系统的硬件组成 3
1.2.3 计算机控制系统的软件组成 5
1.2.4 计算机控制系统的分类 5
1.3 计算机控制研究的课题与发展
趋势 7
1.3.1 计算机控制研究的课题 7
1.3.2 计算机控制系统的发展趋势 10
习题 11
第2章 计算机控制系统中的检测设备和
执行机构 12
2.1 过程控制中的检测设备 12
2.1.1 传感器与变送器 12
2.1.2 压力检测及变送 13
2.1.3 温度检测及变送 15
2.1.4 流量检测及变送 19
2.1.5 物位检测及变送 21
2.1.6 成分分析设备 23
2.2 运动控制中的检测设备 25
2.2.1 检测开关 25
2.2.2 测速发电机 26
2.2.3 光电编码器 27
2.2.4 测厚仪表 28
2.3 过程控制中的执行器 28
2.3.1 气动执行器 29
2.3.2 电动执行器 34
2.3.3 现场总线执行器 35
2.4 运动控制中的执行机构 37
2.4.1 交流伺服电动机 37
2.4.2 直流伺服电动机 40
2.4.3 步进电动机 41
2.4.4 液压缸 43
2.4.5 液压阀 44
2.4.6 液压泵 45
习题 46
第3章 总线与网络通信技术 47
3.1 计算机总线 47
3.1.1 总线的基本概念 47
3.1.2 常用内部总线 52
3.1.3 常用外部总线 56
3.2 计算机网络 66
3.2.1 计算机网络概述 66
3.2.2 OSI模型 67
3.2.3 计算机局域网络 69
3.2.4 计算机网络互联设备 72
3.3 数据通信技术 73
3.3.1 数据通信概述 73
3.3.2 检错与纠错 77
3.4 无线通信技术 79
3.4.1 蓝牙技术 79
3.4.2 ZigBee技术 81
3.4.3 LoRa技术 82
3.4.4 NB-IoT技术 83
3.4.5 5G技术 84
3.4.6 Wi-Fi技术 85
3.5 工业控制网络 85
3.5.1 现场总线技术 86
3.5.2 工业以太网 88
3.5.3 工业控制网络结构 90
3.5.4 工业互联网 91
习题 92
第4章 过程通道与人机接口 94
4.1 数字量输入/输出通道 94
4.1.1 数字量信号的分类 94
4.1.2 数字量输入通道 94
4.1.3 数字量输出通道 95
4.1.4 数字量输入/输出通道的标准化
设计 97
4.2 模拟量输出通道 98
4.2.1 D/A转换器分类及特点 98
4.2.2 D/A转换器原理及主要性能参数 99
4.2.3 D/A转换器芯片及接口电路 100
4.2.4 D/A转换器的输出 102
4.2.5 D/A转换器接口的隔离技术 104
4.2.6 D/A转换器模板的标准化设计 107
4.3 模拟量输入通道 108
4.3.1 A/D转换器分类及特点 108
4.3.2 A/D转换器原理及主要性能参数 109
4.3.3 A/D转换器芯片及接口电路 111
4.3.4 A/D转换器的外围电路 117
4.3.5 A/D转换器接口的隔离技术 118
4.3.6 A/D转换器模板的标准化设计 119
4.4 人机接口 119
4.4.1 键盘 119
4.4.2 鼠标 121
4.4.3 触摸屏 121
4.4.4 显示器 123
4.4.5 打印机 124
习题 124
第5章 数据处理与控制策略 125
5.1 数字滤波和数据处理 125
5.1.1 数字滤波 126
5.1.2 数据处理 128
5.2 数字控制器的设计技术 131
5.2.1 数字控制器的连续化设计技术 132
5.2.2 数字控制器的离散化设计技术 133
5.3 数控技术 135
5.3.1 数控技术概述 135
5.3.2 数控技术原理 135
5.3.3 运动控制系统 138
5.4 数字PID控制算法 140
5.4.1 标准数字PID控制算法 140
5.4.2 数字PID控制算法的改进 141
5.4.3 数字PID参数整定 144
5.5 常规控制方案 145
5.5.1 串级控制系统 145
5.5.2 前馈控制系统 146
5.5.3 纯滞后补偿控制系统 147
5.6 先进控制方案 149
5.6.1 预测控制系统 149
5.6.2 模糊控制系统 152
5.6.3 神经网络控制系统 154
5.6.4 数字孪生系统 155
5.6.5 基于人工智能的下一代控制系统 156
习题 157
第6章 计算机控制系统中的抗干扰
技术 159
6.1 干扰的传播途径与作用方式 159
6.1.1 干扰的来源 159
6.1.2 干扰的传播途径 159
6.1.3 干扰的作用方式 162
6.2 硬件抗干扰技术 164
6.2.1 电源系统的抗干扰技术 164
6.2.2 接地系统的抗干扰技术 166
6.2.3 过程通道的抗干扰技术 168
6.3 软件抗干扰技术 171
6.3.1 信号处理抗干扰技术 172
6.3.2 CPU及程序的抗干扰技术 173
6.4 提高计算机控制系统可靠性的
设计措施 175
6.4.1 分散控制技术 175
6.4.2 冗余技术 176
6.4.3 自诊断技术 177
6.4.4 环境设计措施 178
6.4.5 管理和维护措施 178
6.4.6 灾难恢复设计 179
6.4.7 可靠性测试 179
习题 179
第7章 计算机控制系统软件 180
7.1 计算机控制软件概述 180
7.1.1 计算机软件基础 180
7.1.2 计算机控制系统软件功能 181
7.2 操作系统 182
7.2.1 操作系统的分类 182
7.2.2 操作系统的功能 183
7.2.3 常见操作系统 184
7.3 数据结构与算法 185
7.3.1 数据结构的定义 185
7.3.2 数据结构的分类 185
7.3.3 算法和算法分析 186
7.3.4 常见的算法 187
7.4 计算机控制系统中的数据库 188
7.4.1 数据库系统概述 188
7.4.2 数据库的三级模式 191
7.4.3 数据模型 192
7.4.4 结构化查询语言 193
7.4.5 常见数据库管理系统 195
7.4.6 实时数据库系统 199
7.5 工业组态软件 201
7.5.1 工业组态软件概述 201
7.5.2 工业组态软件的功能 202
7.5.3 使用工业组态软件的步骤 202
7.5.4 常用工业组态软件 203
习题 208
第8章 典型计算机控制系统 209
8.1 基于工控机的计算机控制系统 209
8.1.1 工控机概述 209
8.1.2 基于PC总线的板卡 210
8.1.3 基于工控机的计算机控制系统 212
8.2 基于数字调节器的计算机控制
系统 213
8.2.1 数字调节器概述 213
8.2.2 基于数字调节器的计算机控制
系统的典型结构 216
8.3 基于可编程控制器的控制系统 216
8.3.1 PLC概述 216
8.3.2 PLC的分类和结构 219
8.3.3 PLC工作原理 221
8.4 基于嵌入式系统的计算机控制
系统 222
8.4.1 嵌入式系统概述 222
8.4.2 嵌入式系统结构 224
8.4.3 嵌入式系统软件 225
8.5 集散控制系统 228
8.5.1 集散控制系统概述 228
8.5.2 集散控制系统结构和原理 230
8.5.3 集散控制系统的组态 232
8.6 现场总线控制系统 232
8.6.1 现场总线控制系统概述 232
8.6.2 现场总线控制系统结构 233
8.6.3 现场总线控制系统的特点 233
8.7 云控制系统 234
8.7.1 云控制系统概述 234
8.7.2 云控制系统雏形和控制流程 235
8.7.3 云边协同控制系统 236
习题 237
第9章 计算机集成制造系统 238
9.1 CIMS概述 238
9.1.1 CIM和CIMS的概念 238
9.1.2 CIMS的分类 240
9.1.3 CIMS的发展和趋势 242
9.2 CIMS的组成和层次结构 245
9.2.1 CIMS的组成 245
9.2.2 CIMS的层次结构 247
9.3 CIMS的功能系统 248
9.3.1 管理信息分系统 248
9.3.2 工程设计分系统 254
9.3.3 制造自动化分系统 256
9.3.4 质量控制分系统 257
9.3.5 环境与安全管理分系统 259
9.3.6 维护和支持分系统 260
9.4 CIMS开发与实施 260
9.4.1 CIMS指导方针和实施要点 261
9.4.2 CIMS开发过程 262
习题 266
第10章 计算机控制系统的设计与
实施 267
10.1 计算机控制系统设计原则与
步骤 267
10.1.1 计算机控制系统设计原则 267
10.1.2 计算机控制系统设计步骤 269
10.2 计算机控制系统概要设计 271
10.2.1 硬件概要设计 271
10.2.2 软件概要设计 272
10.2.3 系统总体整合 272
10.3 计算机控制系统详细设计 273
10.3.1 硬件详细设计 273
10.3.2 软件详细设计 275
10.4 计算机控制系统调试与运行 277
10.4.1 离线仿真和调试 277
10.4.2 在线调试和运行 280
习题 280
第11章 计算机控制系统实例 281
11.1 工业锅炉计算机控制系统 281
11.1.1 工业锅炉介绍 281
11.1.2 工业锅炉计算机控制系统组成与
实现 282
11.2 硫化机计算机群控系统 286
11.2.1 系统总体方案 286
11.2.2 可编程控制器控制软件设计 287
11.2.3 工控机管理软件设计 288
11.3 焊接机器人控制系统 290
11.3.1 系统组成与工作原理 290
11.3.2 焊接机器人控制方案设计与
实施 291
习题 294
参考文献 295