《微型计算机控制技术》围绕“微机控制算法及其实现”这一主题,系统而有**地讲述了运动控制、常用控制、现代控制和智能控制中的各种主要算法的思路精髓和微机实现这些算法的要领,并从实际应用的角度出发,介绍了微机控制系统与信号的数学描述、常用数据结构和数据处理、嵌入式操作系统基础、系统设计及电磁兼容技术。根据信息与控制日益交融的发展趋势,介绍了微机控制网络与现场总线。
《微型计算机控制技术》力求从电类专业“软(件)硬(件)兼施”、“强(电)弱(电)结合”的特色出发,对微型计算机控制技术的学习和应用提供切实的指导和帮助。《微型计算机控制技术》可作为高等院校有关课程的教材,也可作为电子技术人员的参考书。

源代码公开并且遵循GPL(General Public License)协议的嵌入式L,inux是近年来嵌入式操作系统的研究热点。嵌入式Linux是按照嵌入式操作系统的要求而设计的一种小型操作系统,由一个很小的内核及一些根据需要进行定制的系统模块组成。其内核一般只有几百KB左右,即使加上其他必须的模块和应用程序,所需的存储空间也很小。它有多任务、多进程的系统特征,有些还具有实时性。除了可应用于信息家电(机顶盒、数字电视)、多媒体手机、金融业终端系统等智能数字终端领域以外,嵌入式Linux在移动计算平台、电子商务平台、智能工业和商业控制、甚至军事领域都有着广泛的应用前景。1.嵌入式Linux的优点源代码公开,可以任意修改,以满足自己的应用,并且遵从GPL,调试也很容易,无须为每例应用交纳许可证费。大量的应用软件可用,其中大部分都遵从GPL,是开放源代码和免费的,可以稍加修改后应用于用户自己的系统。大量**开发工具,且都遵从GPL,也是开放源代码和免费的。系统稳定性好,在多种架构下可靠运行,层次结构与内核的完全开放。嵌入式Linux由很多体积小且性能高的微内核和部件组成。自由软件基金会(Free Software Foundation)的GNIJ计划组为L,inux开发了许多软件。由于内核代码的完全开放性,内核精悍,运行所需资源少,不同层次和不同领域的用户可以根据具体的应用需求对内核进行改造与剪裁,以较低的成本设计出满足自己要求的嵌入式操作系统。诞生于网络时代,并且带有明显的IJNIX特性,支持Internet所有的网络协议。有一个与LINIX相似、以核心为基础、完全内存保护、支持多任务与多进程的操作系统。嵌入式系统的*大的应用前景就是在分布式网络中的**层,特别是下位机或网络终端。在工业应用领域,可以充分利用它的网络特性,开发分布式应用,并且软件的开发和维护人才较多,成本较低。有一整套的工具链(GCC)。用户不需要专门的仿真器,就能够比较容易地自行建立与配置嵌入式系统,以及在该系统下的开发环境与仿真运行环境,甚至可以在该系统上直接进行系统内核的调试与仿真运行。特别是,Linux带有用户完全熟悉的LINIX完善的开发系统,几乎所有的UNⅨ的应用软件都有Linux的相应版本。
目前,绝大多数自动控制都是使用计算机来实现的。微型计算机控制技术的发展,使得以微型计算机为控制器核心的嵌入式测控装置与系统广泛渗透到国民经济的各行各业中,已经无时无刻、无处不在地影响着每个现代人的生活。
在我国高等工科院校中,普遍开设了微型计算机控制技术及其相关课程。本书I重I绕“微机控制算法及其实现”这一主题,系统而有**地讲述了运动控制、常用控制、现代控制和智能控制中的各种主要算法的思路精髓和微机实现这些算法的要领,并从实际应用的角度出发,介绍了微机控制系统与信号的数学描述、常用数据结构和数据处理、嵌入式操作系统基础、系统设计及电磁兼容技术。根据信息与控制日益交融的发展趋势,介绍了微机控制网络与现场总线。
微型计算机控制技术内容十分丰富,每一个专题的详细阐述都需要一本或几本专著。本书注意了与“微控制器原理与应用”等相关课程的分工协调、统筹兼顾,力求从电类专业“软(件)硬(件)兼施”、“强(电)弱(电)结合”的特色出发,对微型计算机控制技术的学习和应用提供切实的指导和帮助。本书可作为高等院校有关课程的教材,也可作为电子技术人员的参考书。
实验和实践对微型计算机控制技术的学习和应用极为重要。本书在第1l章中,以DP-01多MCu实验系统为平台,以多种控制算法、数据传输方式与总线在智能家居中的应用为主题,给出了微型计算机控制技术的设计性、综合性实验大纲,引导和鼓励学**挥想象力和创造性。
多年来,于海生、周德泽、王晓明、桑楠、谢剑英、陈炳和、高金源、王慧、齐蓉、何玉彬、蔡德聪、阳宪惠、何克忠、袁南儿、蔡自兴、张乃尧、白英彩、吴启迪、窦振中、涂时亮、王常力、陈汝全、金以慧、王锦标、严隽薇、周立功、潘新民、胡寿松、吴坚等教授在微型计算机控制技术的教育园地里辛勤耕耘,本书多处引用了他们的研究成果,谨在此表示衷心的感谢。
广州周立功单片机发展有限公司上海分公司经理曾成奇、微芯科技咨询(上海)有限公司经理刘晖、飞思卡尔半导体(中国)有限公司上海分公司经理张明峰、高拓微电子技术有限公司经理魏敏和吴健等为本书提供了重要帮助,谨在此表示诚挚的感谢。
担任本书主审的上海交通大学白英彩教授认真审阅了全书,提出了指导性的建议和中肯的意见;研究生吴霄、张振富、顾鸣、郁海华、郭凯杰和丁才云等为程序设计和图文制作输入付出了辛勤的劳动,在此谨致以深切的谢意。

第1章 概论
1.1 控制用微型计算机
1.1.1 控制用微型计算机的类型
1.1.2 控制用微型计算机的选用
1.2 微型计算机控制系统
1.2.1 微机控制系统的组成
1.2.2 微机控制系统的工作过程与方式
1.2.3 微机控制系统的功能与特点
1.2.4 微机控制系统的结构
1.3 微机控制技术的发展与作用
1.3.1 控制理论与控制技术的发展
1.3.2 微机控制技术的发展
1.3.3 微机控制技术的作用
1.3.4 微机控制技术的前景
习题与思考题

第2章 常用数据结构和数据处理
2.1 常用数据结构
2.1.1 数据结构的基本概念
2.1.2 控制系统的特殊数据结构
2.2 采样与数据处理
2.2.1 采样周期的选择
2.2.2 常用数据处理
2.3 数字滤波
2.3.1 常用数字滤波方法
2.3.2 数字滤波方法的选择
习题与思考题

第3章 微机控制系统与信号的数学描述
3.1 微机控制系统中的信号变换
3.1.1 信号的采样与保持
3.1.2 采样定理
3.1.3 离散时间信号
3.2 线性定常离散系统的描述与差分方程
3.2.1 线性定常离散系统的描述
3.2.2 线性常系数差分方程
3.2.3 应用迭代法求解差分方程
3.3 z变换及其应用
3.3.1 z变换定义
3.3.2 z变换方法
3.3.3 z逆变换
3.3.4 应用z变换求解差分方程
3.4 脉冲传递函数
3.4.1 脉冲传递函数定义
3.4.2 零阶保持器及其脉冲传递函数
3.4.3 开环系统脉冲传递函数
3.4.4 闭环系统脉冲传递函数
习题与思考题

第4章 运动控制技术
4.1 顺序控制
4.1.1 顺序控制原理
4.1.2 顺序控制系统特性
4.1.3 专用顺序控制器设计
4.1.4 通用顺序控制器的选用
4.2 程序控制
4.2.1 程序控制原理
4.2.2 逐点比较法直线插补
4.2.3 逐点比较法圆弧插补
4.2.4 运动控制芯片
4.3 可编程控制器
4.3.1 PLc的主要功能与特点
4.3.2 PLC的结构与工作原理
4.3.3 PLC常用编程语言
4.3.4 PLC的选用
4.4 直流电动机控制
4.4.1 直流电动机调速原理
4.4.2 直流电动机不可逆PWM系统
4.4.3 直流电动机可逆PWM系统
4.4.4 专用运动控制处理器
4.5 交流异步电动机控制
4.5.1 交流异步电动机变频调速原理
4.5.2 变频调速的机械特性及其补偿
4.5.3 SPWM波发生器及其应用
4.5.4 矢量控制与直接转矩控制
4.6 步进电动机控制
4.6.1 反应式步进电动机的结构和工作原理
4.6.2 步进电动机的工作方式
4.6.3 步进电动机特性
4.6.4 步进电动机的驱动方式
4.6.5 步进电动机的控制
4.7 无刷直流电动机控制
4.7.1 无刷直流电动机的原理与结构
4.7.2 无刷直流电动机的绕组连接方式
4.7.3 无刷直流电动机的控制
习题与思考题

第5章 常用控制技术
5.1 数字PID控制
5.1.1 PID控制
5.1.2 PID算法的计算机实现
5.1.3 PID算法的改进
5.1.4 PID控制的参数整定
5.2 纯滞后补偿控制
5.2.1 大林(Dahlin)算法
5.2.2 史密斯(Smith)预估控制
5.3 *少拍控制
5.3.1 不同控制对象的*少拍控制设计
5.3.2 不同输入函数的*少拍控制设计
5.3.3 *少拍控制设计的局限性
5.3.4 *少拍无纹波控制的设计
5.4 串级控制
5.4.1 串级控制系统结构和工作原理
5.4.2 串级控制系统的特点
5.4.3 串级控制系统的设计
5.4.4 串级控制系统的应用
5.5 前馈控制
5.5.1 前馈控制原理与结构
5.5.2 前馈反馈控制
5.5.3 前馈串级控制
5.5.4 前馈控制的设计原则与参数整定
5.6 线性数字控制器的计算机实现
5.6.1 线性数字控制器的般形式
5.6.2 数字控制算法的计算机实现
习题与思考题

第6章 现代控制技术
6.1 线性离散系统的状态空间描述
6.1.1 MIMO线性离散系统的状态空间描述
6.1.2 线性离散系统状态方程的求解
6.1.3 线性离散系统的z传递矩阵和z特征方程
6.1.4 微型计算机控制系统的离散状态空间表达式
6.2 离散系统的能控性和能观测性
6.2.1 离散系统的能控性
6.2.2 离散系统的能观测性
6.3 离散系统的状态空间设计
6.3.1 MIMO线性离散系统的状态空间设计方法
6.3.2 MIMO离散系统设计实例
习题与思考题

第7章 智能控制技术
7.1 模糊控制
7.1.1 模糊数学基础
7.1.2 模糊关系与模糊推理
7.1.3 模糊控制原理
7.1.4 模糊控制设计实例
7.2 专家控制
7.2.1 专家系统
7.2.2 专家控制系统
7.2.3 专家控制系统的设计
7.3 人工神经网络控制
7.3.1 人工神经网络的基本模型
7.3.2 人工神经网络学习规则
7.3.3 人工神经网络控制的结构方案
7.3.4 人工神经网络控制的特点
7.4 多种控制策略的渗透和结合
7.4.1 模糊神经网络(FNN)控制
7.4.2 神经网络专家系统
7.5 基于进化和群体智能的控制算法
7.5.1 遗传算法
7.5.2 蚁群算法
习题与思考题

第8章 嵌入式操作系统基础
8.1 嵌入式系统
8.1.1 嵌入式系统的基本概念
8.1.2 嵌入式系统的体系结构
8.1.3 嵌入式系统的特点
8.1.4 嵌入式系统的类型
8.2 嵌入式操作系统.
8.2.1 嵌入式操作系统的基本概念
8.2.2 嵌入式操作系统的实现技术
8.2.3 嵌入式操作系统的性能指标
8.2.4 嵌入式操作系统的分类
8.2.5 使用嵌入式操作系统的优缺点
8.3 典型的嵌入式操作系统
8.3.1 嵌入式Windows
8.3.2 嵌入式Linux
8.3.3 VxWorks
8.3.4 Nucleus PLUS
8.3.5 RTEMS
8.3.6 I.tC/OS
8.4 嵌入式操作系统应用
8.4.1 嵌入式操作系统的选择
8.4.2 嵌入式操作系统的移植
8.4.3 嵌入式软件的发展趋势
习题与思考题

第9章 网络与现场总线
9.1 数字通信与网络
9.1.1 总线的基本概念
9.1.2 数字信号传输与通信系统
9.1.3 计算机局域网。
9.1.4 网络协议及其层次结构
9.2 分布式控制系统(DCS)
9.2.1 DCS结构与特点
9.2.2 直接测控级
9.2.3 过程优化级
9.2.4 生产管理、经营决策和CIMS
9.3 现场总线控制系统(FCS)
9.3.1 现场总线的技术特点与优点
9.3.2 现场总线的调度策略
9.3.3 现场总线的OSI模型
9.4 典型的现场总线
9.4.1 基金会现场总线(FFf)
9.4.2 LonWorks
9.4.3 Profibus
9.4.4 CAN
9.4.5 现场总线的困境
9.4.6 工业以太网
9.4.7 信号线与电源线合用电缆的研究
习题与思考题

第10章 微机控制系统设计
第11章 微机控制技术实验
参考文献
……