出版說明
前言
第1章微型計算機控制繫統概述1
11微型計算機控制繫統的概念2
12微型計算機控制繫統的組成3
121微型計算機控制繫統硬件3
122微型計算機控制繫統軟件5
13微型計算機控制繫統的典型形式5
131操作指導控制繫統 6
132直接數字控制繫統6
133監督控制繫統6
134集散控制繫統7
135現場總線控制繫統7
14典型工業受控對像及其微型計算機
控制繫統8
141微型計算機過程控制繫統 8
142微型計算機運動控制繫統 9
15實用計算機控制設備介紹10
151工業控制計算機的主要類別10
152主要計算機控制設備生產廠商11
16計算機控制繫統的發展概況及趨勢12
161計算機控制繫統的發展概況 12
162計算機控制繫統的發展趨勢16
17小結17
18習題17
第2章PC總線工控機和專用控制
器介紹18
21工控機的主要特點及結構18
211工控機的特點18
212PC總線工控機的結構19
22PC總線標準規範20
221概述20
222ISA總線標準22
223PCI總線標準24
224PCIE總線標準28
23PC總線工控機主要類型、主板及擴
展板卡34
231PC總線工業控制機主要類型34
232PC總線工業控制機主板35
233PC總線工業控制機I/O板卡36
24專用控制器介紹37
241專用控制器的分類37
242UMAC多軸運動控制器39
243溫度控制器43
25小結44
26習題44
第3章輸入/輸出接口技術及輸入/輸出
通道45
31輸入/輸出接口與輸入/輸出通道45
32數據信息的輸入/輸出控制方式47
321查詢控制方式47
322中斷控制方式49
323DMA控制方式51
33數字量輸入/輸出通道和模擬量輸入/輸出
通道的基本組成51
331數字量輸入通道的信號調理51
332數字量輸出通道的信號調理52
333模擬量輸入通道的信號調理54
334模擬量輸出通道的信號調理60
335脈衝量輸入/輸出接口設計62
34基於板卡的輸入/輸出接口與通道的
設計63
35基於計算機通信接口的輸入/輸出接口與
通道的設計64
36多回路溫度控制繫統輸入/輸出通道與接口
設計66
37小結66
38習題66
第4章數字控制器的模擬化設計
技術68
41數字控制器的模擬化設計步驟69
42數字PID控制器的設計74
421模擬PID調節器74
422數字PID控制器74
43數字PID控制器的改進77
431積分作用的改進77
432微分作用的改進80
433帶死區的PID控制82
434自適應PID控制82
435模糊PID控制84
44數字PID控制器的參數整定85
441湊試法確定PID參數86
442實驗經驗法確定PID參數87
443自整定PID方法89
444按二階工程設計法設計數字
控制器90
45小結94
46習題94
第5章數字控制器的直接設計技術96
51數字控制器的直接設計步驟96
52少拍無差繫統的設計97
521典型輸入下少拍控制繫統的設計
分析98
522少拍快速有波紋繫統設計的一般
方法103
523少拍無波紋控制繫統設計107
524少拍控制繫統的局限性110
53達林控制算法112
531達林算法的數字控制器設計112
532振鈴現像及其抑制115
54小結118
55習題118
第6章現代控制技術121
61現代控制技術概述121
62自適應控制122
621模型參考自適應控制123
622自校正控制124
623PID自整定調節器127
63模糊控制128
631模糊控制繫統原理128
632模糊自適應整定PID控制133
64小結135
65習題136
第7章微型計算機控制繫統應用
軟件137
71微型計算機控制繫統軟件概述137
711基本功能137
712應用程序設計步驟138
713程序設計方法139
714程序設計語言選擇140
72常用控制程序設計141
721報警程序設計 141
722數字濾波程序設計143
723線性化處理程序設計 153
724標度變換程序設計 155
725PID算法程序設計 157
73小結167
74習題168
第8章組態軟件應用技術169
81組態軟件概述169
82常用組態軟件基礎170
821實時工業控制軟件包iFIX172
822MCGS組態軟件174
823WinCC組態軟件176
83項目案例組態軟件應用180
831被控對像的分析與描述180
832監控軟件的設計181
84小結192
85習題192
第9章微型計算機控制繫統設計及應用
實例193
91微型計算機控制繫統設計的一般原則和
步驟193
911繫統設計的原則193
912繫統設計的步驟194
92微型計算機控制繫統設計實例197
921溫度控制繫統的硬件設計197
922溫度控制繫統的軟件設計200
93小結203
94習題204
第10章微型計算機控制繫統的可靠性
設計205
101微型計算機控制繫統可靠性
概述205
1011可靠性的基本概念205
1012繫統可靠性分析206
1013繫統故障的來源207
1014提高繫統可靠性的途徑208
102噪聲傳播途徑及其抑制措施208
1021噪聲的種類及其特點208
1022抗干擾三要素及其應用211
1023噪聲傳播途徑及其抑制
方法213
103數字電路的抗干擾設計227
1031數字電路抗干擾概述227
1032數字電路外部干擾及其抑制
方法229
1033數字電路的內部干擾及其
抑制230
104印制電路板抗干擾設計235
1041單面、雙面印制電路板的抗干
擾設計235
1042多層印制電路板疊層設計237
1043印制電路板布線技術及其
應用237
1044印制電路板的地線設計及其
應用243
1045印制電路板的終端匹配方法247
105微型計算機電路抗干擾設計247
1051增加總線的抗干擾能力247
1052繫統的防輻射措施248
1053抑制存儲器產生的噪聲249
1054微機繫統的裝接設計249
106軟件繫統可靠性設計250
107小結254
108習題255
第11章網絡集成計算機控制
繫統256
111集散控制繫統簡介256
1111DCS概述256
1112DCS的分散過程控制級257
1113DCS的集中操作管理級258
1114DCS的綜合信息管理級258
1115DCS的數據通信258
1116DCS構成實例259
112現場總線控制繫統簡介261
1121現場總線概述261
1122現場總線的發展背景與趨勢263
1123現場總線標準265
1124現場總線控制繫統266
1125現場總線對ＤＣＳ結構的影響267
113FCS與DCS的比較268
114小結269
115習題269
第12章計算機智能制造技術270
121智能制造技術簡介270
1211智能制造技術的背景和發展270
1212智能制造技術體繫271
122智能制造內容272
1221智能產品272
1222智能制造過程272
1223智能制造模式275
123智能制造中的計算機控制技術276
124齒輪箱組裝生產線的智能制造
繫統277
1241繫統目標277
1242繫統總體架構278
1243繫統硬件拓撲結構設計279
125小結280
126習題280
附錄采樣繫統的Z變換281
參考文獻286

前 言
隨著微電子技術、計算機技術和人工智能技術的發展，微型計算機已成為實現工業控制的重要手段。微型計算機控制技術是一門實用技術，它主要研究如何將計算機技術和自動控制理論應用於工業生產過程，並設計出所需要的計算機控制繫統。《微型計算機控制技術》是我國高等學校各類自動化、電子與電氣工程、計算機應用、機電一體化等專業的主干專業課程，同時也是用人單位十分關注、重點考核上述各專業學生的課程之一。
本書與2005年8月首版，為緊密聯繫工程實際，在當時同類教材硬件上多一直沿襲以Intel8086/8088微型計算機為背景機並采用從芯片到繫統的傳統編寫模式、軟件上采用彙編語言進行講授的背景下，率先基於工業現場主流采用的工業控制計算機、實際工程開發主流采用的C語言等重構並更新了教材內容。目前，在新時代本科教育發展的新形勢下，基於“新工科”人纔培養理念，結合未來新興產業和新經濟發展需要，本書一是通過校企聯合編寫，新增微型計算機控制繫統基於CAN總線和EtherCAT總線的輸入輸出通道設計方案、組態軟件應用技術及實際工程項目案例，並新增機器人計算機控制繫統主流采用的UMAC多軸運動控制器等，同時進一步完善了微型計算機控制繫統溫度控制項目實例的總線接口電路設計方案等，以進一步增強本書內容的工程實用性；二是新增微型計算機控制繫統的模糊控制技術、模糊PID控制的C語言代碼編寫，以及智能制造中的計算機控制技術及項目案例等，以突出人工智能技術與計算機控制技術的結合，進一步增強本書內容的新穎性。
全書共分十二章。第1章主要介紹了微型計算機控制繫統的概念、組成、典型形式、發展概況及趨勢，以及典型工業受控對像及實用計算機控制設備；第2章主要介紹工業控制計算機的主要特點及結構、PC總線標準規範、PC總線工控機的主要類型、主板及擴展板卡，以及UMAC等專用控制器介紹；第3章主要介紹輸入輸出接口設計、輸入輸出控制方式、輸入輸出通道的基本組成，基於板卡、計算機通訊接口的輸入輸出接口與通道設計，以及多回路溫度控制繫統輸入輸出接口與通道設計實例；第4章介紹數字控制器的模擬化設計技術，包括數字控制器的模擬化設計步驟、數字PID控制器的設計、改進及其參數整定；第5章介紹數字控制器的直接設計技術，包括數字控制器的直接設計步驟、少拍快速有波紋繫統設計、少拍無波紋控制繫統設計及達林控制算法；第6章介紹自適應控制、模糊控制等現代控制技術；第7章主要介紹微型計算機控制繫統應用軟件設計，包括常用控制程序設計等；第8章介紹微型計算機控制繫統組態軟件應用技術，包括項目案例等；第9章從繫統角度出發，介紹微型計算機控制繫統設計的一般原則和步驟，並以溫度控制為例，詳細介紹了微型計算機控制繫統的硬件及軟件設計；第10章介紹微型計算機控制繫統的可靠性設計，包括數字電路、印制電路板、微型計算機電路的抗干擾設計及軟件繫統的可靠性設計；第11章簡介網絡集成計算機控制繫統，包括計算機集散控制繫統、現場總線控制繫統及其二者的比較；第12章簡介智能制造技術、智能制造中的計算機控制技術，以及項目案例。
本課程建議授課學時為45～60小時，實驗學時為10～20小時，並要求先修C語言、微機原理及自動控制原理。
本書第1、4、5章由高國琴編寫；第2章由潘天紅、方志明編寫；第3章由盛占石編寫；第6、10章由方志明編寫；第7章由潘天紅編寫；第8章由潘天紅、李領（鎮江領強能源工程技術有限公司）編寫；第9章由盛占石、柳航群（深圳賽源電氣技術有限公司）編寫；第11章由張浩編寫；第12章由張軍編寫。全書由高國琴統稿。
衷心感謝所引用參考文獻的各位作者。由於筆者水平有限，書中難免存在不妥之處，懇請讀者諒解，並提出寶貴意見。

作 者