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l 于海生教授主编的《微型计算机控制技术（第3版）》是“十二五”*规划教材、国家精品课程和精品资源共享课程教材、高等院校信息技术规划教材、高等教育面向二十一世纪教学内容和课程体系改革计划立项教材，曾获全国普通高等学校优秀教材二等奖。l 重印近40次，发行40余万册，已被两百余所高校选作教材，使用效果极好，是微型计算机控制课程的经典教材。
l 本书为第3版，主要是基于计算机控制技术的发展，利用工业界、科技界和教育界所取得的经验对第2版进行了修订。教材以主流机型ISA/PCI/PCI-E总线工业控制机为控制工具，系统地阐述了计算机控制系统的设计技术与工程实现方法。
l 全书内容丰富，体系新颖，理论联系实际，实践性、工程性、系统性、集成性强，可作为高等院校自动化类、电气类、电子信息类、计算机类、机械类、仪器类等专业本科生的教材，也可供有科技人员参考。
l 本书已建设MOOC课程资源，在清华大学出版社的数字教学平台www.izhixue.cn已经上线。
内容简介
本书是普通高等教育“十二五”*规划教材、*精品课程教材、*精品资源共享课程教材、高等院校信息技术规划教材。本书以主流机型ISA/PCI/PCI�睧总线工业控制机为控制工具，系统地阐述了计算机控制系统的设计技术与工程实现方法。全书分9章，内容包括计算机控制系统及其组成、计算机控制系统的典型形式、工业控制机的组成结构及特点、计算机控制系统的发展概况和趋势，计算机控制系统的输入输出接口与过程通道，数字控制技术，常规及复杂控制技术，现代控制技术，应用程序设计与实现技术，HMI/SCADA技术与监控组态软件，分布式测控网络技术，计算机控制系统设计与实现。全书内容丰富，体系新颖，理论联系实际，实践性、工程性、系统性、集成性强。本书可作为高等院校自动化类、电气类、电子信息类、计算机类、机械类、仪器类等专业高年级本科生的教材，也可作为相关学科专业低年级研究生的教材，还可供有关科技人员参考。
本书配有电子教案，欢迎选用本书作教材的老师索取，索取邮箱: dingjunhang@163.com，也可以在清华大学出版社网站下载。
目录
第1章绪论11.1计算机控制系统概述1
1.1.1计算机控制系统2
1.1.2计算机控制系统的组成3
1.1.3常用的计算机控制系统主机3
1.2计算机控制系统的典型形式5
1.2.1操作指导控制系统5
1.2.2直接数字控制系统6
1.2.3监督控制系统6
1.2.4集散控制系统7
1.2.5现场总线控制系统8
1.2.6综合自动化系统8
1.3工业控制机的组成结构及特点9
1.3.1工业控制机的组成9
1.3.2工业控制机的总线结构11
1.3.3工业控制机的特点20
1.4计算机控制系统的发展概况和趋势21
1.4.1计算机控制系统的发展概况21
1.4.2计算机控制系统的发展趋势24
习题25
第2章输入输出接口与过程通道26
2.1总线接口扩展技术26
2.1.1系统总线接口扩展技术26
2.1.2外部总线接口扩展技术32
2.2输入输出接口与过程通道设计原理35
2.2.1数字量输入接口与过程通道35
2.2.2数字量输出接口与过程通道38
2.2.3模拟量输入接口与过程通道40
2.2.4模拟量输出接口与过程通道52
2.3基于系统总线的计算机控制系统硬件设计58
2.3.1基于系统总线的硬件设计方案58
2.3.2系统总线板卡58
2.4基于外部总线的计算机控制系统硬件设计64
2.4.1基于外部总线的硬件设计方案65
2.4.2远程I/O模块65
2.4.3其他测控装置69
2.5硬件抗干扰技术74
2.5.1过程通道抗干扰技术75
2.5.2主机抗干扰技术81
2.5.3系统供电与接发技术84
习题89
第3章数字控制技术90
3.1数字控制基础90
3.1.1数控技术发展概况90
3.1.2数字控制原理91
3.1.3数字控制方式92
3.1.4数字控制系统93
3.1.5数控系统的分类94
3.2运动轨迹插补原理95
3.2.1逐点比较法的直线插补96
3.2.2逐点比较法圆弧插补100
3.2.3数字积分插补法104
3.3进给速度与加减速控制109
3.3.1进给速度控制109
3.3.2加减速控制110
3.4电机驱动控制与位置伺服系统114
3.4.1电机驱动控制方式114
3.4.2位置伺服系统121
3.5多轴运动控制技术125
3.5.1PC+运动控制器/运动控制卡硬件方案125
3.5.2软件系统设计126
3.5.3数控系统设计举例——基于PC的多轴运动控制129
习题132
第4章常规及复杂控制技术133
4.1控制系统的性能指标133
4.1.1稳态性能指标133
4.1.2动态性能指标134
4.1.3抗干扰性能134
4.1.4对控制作用的限制134
4.2数字控制器的连续化设计技术135
4.2.1数字控制器的连续化设计步骤135
4.2.2数字PID控制器的设计138
4.2.3数字PID控制器的改进141
4.2.4数字PID控制器的参数整定146
4.3数字控制器的离散化设计技术151
4.3.1数字控制器的离散化设计步骤151
4.3.2根轨迹法152
4.3.3*少拍控制器的设计153
4.3.4*少拍有纹波控制器的设计157
4.3.5*少拍无纹波控制器的设计161
4.4纯滞后控制技术164
4.4.1施密斯预估控制164
4.4.2达林算法167
4.5串级控制技术171
精彩书摘
第3章chapter3数字控制技术1.1微型计算机简介数字控制（numerical control，NC）是近代发展起来的一种自动控制技术，利用数字化信号对机床运动及其加工过程进行自动控制，如铣床、车床、加工中心、线切割机以及焊接机、气割机等自动控制系统中。装有数字程序控制系统的机床称为数控机床，数控机床具有能加工形状复杂的零件、加工精度高、生产效率高，便于改变加工零件品种等许多特点，它是实现机床自动化的重要发展方向。数控技术和数控机床是实现柔性制造（flexible manufacturing，FM）和计算机集成制造（computer integrated manufacturing，CIM）的*重要的基础技术之一。
本章主要介绍数字控制基础、插补原理、数字控制系统输出装置的步进与伺服驱动控制技术。
3.1数字控制基础
所谓数字控制，就是生产机械(如各种加工机床)根据数字计算机输出的数字信号，按规定的工作顺序、运动轨迹、运动距离和运动速度等规律自动地完成工作的控制方式。
3.1.1数控技术发展概况
世界上*台数控机床是1952年美国麻省理工学院(MIT)伺服机构实验室开发出来的，当时的主要动机是为了满足高精度和高效率加工复杂零件的需要。众所周知，三维轮廓零件的加工，即使二维轮廓零件的加工也是很困难的，而数控机床则很容易地实现二维和三维轮廓零件的加工。早期的数控(numerical control,NC)是以数字电路技术为基础来实现的，随着小型和微型计算机的发展，20世纪70年代初期在数控系统中用计算机代替控制装置，从而诞生了计算机数控 (computer numerical control，CNC)。表3��1给出了数控技术的发展概况。
数控系统一般由数控装置、驱动装置、可编程控制器和检测装置等构成。◆微型计算机控制技术(第3版)第◆3章数字控制技术表3��1数控技术的现状与发展趋势
特征阶段年代典 型 应 用工艺方法数 控 功 能驱动特点研究开发1952—1969年数控车床、钻床、铣床简单工艺NC控制3轴以下步进、液压电机推广应用1970—1985年加工中心、电加工、锻压多种工艺方法CNC控制、刀具自动交换、五轴联动、较好的人机界面直流伺服电机系统化1982年柔性制造单元(FMU)、柔性制造系统(FMS)复合设计加工友好的人机界面交流伺服电机高性能集
成化1990年至今计算机集成制造系统(CIMS)、无人化工厂复合设计加工多过程、多任务调度、模板化和复合化、智能化直线驱动数控装置能接收零件图纸加工要求的信息，进行插补运算，实时地向各坐标轴发出速度控制指令。驱动装置能快速响应数控装置发出的指令，驱动机床各坐标轴运动，同时能提供足够的功率和扭矩。调节控制是数控装置发出运动的指令信号，驱动装置快速响应跟踪指令信号。检测装置将坐标的实际值检测出来，反馈给数控装置的调节电路中的比较器，有差值就发出运动控制信号，从而实现偏差控制。数控装置包括输入装置、输出装置、控制器和插补器等四大部分组成，这些功能都由计算机来完成。
3.1.2数字控制原理
首先分析图3��1所示的平面图形，如何用计算机在绘图仪或数控加工机床上重现，以此来简要说明数字控制的基本原理。
图3��1曲线分段
（1） 将图3��1所示的曲线分割成若干段，可以是直线段，也可以是曲线段，图中分割成了三段，即ab、bc和cd，然后把a、b、c、d四点坐标记下来并送给计算机。图形分割的原则应保证线段所连的曲线(或折线)与原图形的误差在允许范围之内。由图可见，显然采用ab、bc和cd比ab、bc和cd要精确得多。
（2） 当给定a、b、c、d各点坐标x和y值之后，如何确定各坐标值之间的中间值?求得这些中间值的数值计算方法称为插值或插补。插补计算的宗旨是通过给定的基点坐标，以一定的速度连续定出一系列中间点，而这些中间点的坐标值是以一定的精度逼近给定的线段。从理论上讲，插补的形式可用任意函数形式，但为了简化插补运算过程和加快插补速度，常用的是直线插补和二次曲线插补两种形式。所谓直线插补是指在给定的两个基点之间用一条近似直线来逼近，也就是由此定出中间点连接起来的折线近似于一条直线，并不是真正的直线。所谓二次曲线插补是指在给定的两个基点之间用一条近似曲线来逼近，也就是实际的中间点连线是一条近似于曲线的折线弧。常用的二次曲线有圆弧、抛物线和双曲线等。对图3��1所示的曲线来说，显然ab和bc段用直线插补，cd段用圆弧插补是合理的。
（3） 把插补运算过程中定出的各中间点，以脉冲信号形式去控制x、y方向上的步进电机，带动绘图笔、刀具等，从而绘出图形或图3��2用折线逼近直线段
加工出所要求的轮廓来。这里的每一个脉冲信号代表步进电机走一步，即绘图笔或刀具在x或y方向移动一个位置。我们把对应于每个脉冲移动的相对位置称为脉冲当量，又称为步长，常用Δx和Δy来表示，并且总是取Δx＝Δy。
图3��2是一段用折线逼近直线的直线插补线段，其中(x0,y0)代表该线段的起点坐标值，(xe,ye)代表终点坐标值，则x方向和y方向应移动的总步数Nx和Ny分别为Nx=(xe－x0)/Δx，Ny=(ye－y0)/Δy如果把Δx和Δy定义为坐标增量值，即x0、0、xe、ye均是以脉冲当量定义的坐标值，则Nx=xe－x0，Ny=ye－y0所以，插补运算就是如何分配x和y方向上的脉冲数，使实际的中间点轨迹尽可能地逼近理想轨迹。实际的中间点连接线是一条由Δx和Δy的增量值组成的折线，只是由于实际的Δx和Δy的值很小，眼睛分辨不出来，看起来似乎和直线一样而已。显然，Δx和Δy的增量值越小，就越逼近理想的直线段，图中均以→代表Δx或Δy的长度和方向。
实现直线插补和二次曲线插补的方法有很多，常见的有逐点比较法(又称富士通法或醉步法)、数字积分法(又称数字微分分析器�睤DA法)、数字脉冲乘法器(又称MIT法，由麻省理工学院首先使用)等，其中又以逐点比较法使用*广。
3.1.3数字控制方式
数控系统按控制方式来分类，可以分为点位控制、直线切削控制和轮廓切削控制，这三种控制方式都是运动的轨迹控制。
1. 点位控制
在一个点位控制系统中，只要求控制刀具行程终点的坐标值，即工件加工点准确定位，至于刀具从一个加工点移到下一个加工点走什么路径、移动的速度、沿哪个方向趋近都无须规定，并且在移动过程中不做任何加工，只是在准确到达指定位置后才开始加工。在机床加工业中，采用这类控制的主要是孔加工机床，如钻床、镗床、冲床等。
2. 直线控制
这种控制也主要是控制行程的终点坐标值，不过还要求刀具相对于工件平行某一直角坐标轴做直线运动，且在运动过程中进行切削加工。需要这类控制的有铣床、车床、磨床、加工中心等。
3. 轮廓控制
这类控制的特点是能够控制刀具沿工件轮廓曲线不断地运动，并在运动过程中将工件加工成某一形状。这种方式是借助于插补器进行的，插补器根据加工的工件轮廓向每一坐标轴分配速度指令，以获得图纸坐标点之间的中间点。这类控制用于铣床、车床、磨床、齿轮加工机床等。
在上述三种控制方式中以点位控制*简单，因为它的运动轨迹没有特殊要求，运动时又不加工，所以它的控制电路只要具有记忆(记下刀具应走的移动量和已走过的移动量)和比较(将所记忆的两个移动量进行比较，当两个数值的差为0时，刀具立即停止)的功能即可，根本不需要插补计算。和点位控制相比，由于直线切削控制进行直线加工，其控制电路要复杂一些。轮廓切削控制要控制刀具准确地完成复杂的曲线运动，所以控制电路复杂，且需要进行一系列的插补计算和判断。
3.1.4数字控制系统
计算机数控系统主要分为开环数字控制和闭环数字控制两大类，由于它们的控制原理不同，因此其系统结构差异很大。
1. 开环数字控制
随着计算机技术的发展，开环数字控制得到了广泛的应用，例如各类数控机床、线切割机、低速小型数字绘图仪等，它们都是利用开环数字控制原理实现控制的机械加工设备或绘图设备。开环数字控制的结构如图3��3所示，这种控制结构没有反馈检测元件，工作台由步进电机驱动。步进电机接收步进电机驱动电路发来的指令脉冲作相应的旋转，把刀具移动到与指令脉冲相当的位置，至于刀具是否到达了指令脉冲规定的位置，那是不受任何检查的，因此这种控制的可靠性和精度基本上由步进电机和传动装置来决定。
图3��3开环数字控制
开环数字控制结构简单，具有可靠性高、成本低、易于调整和维护等特点，国内经济型数控系统应用*为广泛。由于采用了步进电机作为驱动元件，使得系统的可控性变得更加灵活，更易于实现各种插补运算和运动轨迹控制。本章主要是讨论开环数字控制技术。
2. 闭环数字控制
图3��4(a)给出了一种闭环数字控制的结构图。这种结构的执行机构多采用直流电机(小惯量伺服电机和宽调速力矩电机)作为驱动元件，反馈测量元件采用光电编码器(码盘)、光栅、感应同步器等，该控制方式主要用于大型精密加工机床，但其结构复杂，难于调整和维护，一些常规的数控系统很少采用。
图3��4闭环数字控制
将测量元件从工作台移动到伺服电机的轴端，这就构成了半闭环控制系统，如图3��4(b)所示。这样构成的系统，工作台不在控制环内，克服了由于工作台的某些机械环节的特性引起的参数变动，容易获得稳定的控制特性，广泛应用于连续控制的数控机床上。
3.1.5数控系统的分类〖*2〗1. 传统数控系统传统数控系统，又称为硬件式数控，零件程序的输入、运算、插补及控制功能均由专用硬件来完成，这是一种专用的封闭体系结构，其功能简单、柔性通用性差、设计研发周期长。
2. 开放式数控系统
1） “PC嵌入NC”结构的开放式数控系统
这是一类基于传统数控系统的半开放式数控系统。这一类数控系统是在不改变原系统基本结构的基础上，在传统的非开放式的NC上插入一块专门开发的个人计算机模板，使得传统的NC带有计算机的特点。该系统借助了PC丰富的软硬件资源和多媒体部件，把PC和NC联系在一起，它既具有原数控系统工作可靠的特点，同时它的界面又比原来的数控系统开放，极大地提高了人机界面的功能，使数控系统的功能得以完美体现，而且使用更加方便。2） “NC嵌入PC”结构的开放式数控系统
这种数控系统以PC作为系统的核心，由PC和开放式的运动控制卡构成。所谓的开放式运动控制卡，就是一个可以单独使用的数控系统，具有很强的运动控制和PLC控制能力，它还具有开放的函数库可供用户进行自主开发，以构造自己所需要的数控系统。这类数控系统具有可靠性高、功能强、性能好，操作简单方便，开发周期短，成本低等优点，而且适合各种类型数控系统的开发，因而这种数控系统目前被广泛应用于制造业自动化控制各个领域。
3） SOFT型开放式数控系统
这是一种*新开放体系的数控系统。它提供给用户*大的选择和灵活性。它的CNC软件全部装在计算机中，而硬件部分仅是计算机与伺服驱动和外部I/O之间的标准化通用接口。用户可以在Windows NT平台上，利用开放的CNC内核，开发所需要的各种功能，构成各种类型的高性能数控系统。SOFT型开放式数控系统具有较高的性能价格比，因而更具有生命力。
3. 网络化数控系统
网络化数控装备是近两年数控技术发展的一个新亮点。随着计算机技术、网络技术日益普遍运用，数控机床走向网络化、集成化已成为必然的趋势，互联网进入制造工厂的车间也只是个时间的问题了。对于面临日益全球化竞争的现代制造工厂来说，一是要提高数控机床的拥有率，二是所拥有的数控机床必须具有联网通信功能，以保证信息流在工厂、车间的底层之间及底层与上层之间的通信。数控系统生产厂商已在几年前推出了具有网络功能的数控系统。在这些系统中，除了传统的RS��232接口外，还备有以太网接口，为数控机床联网提供了基本条件。目前数控的网络化主要采用以太网以及现场总线的方式，随着无线技术的发展，数控系统网络在不久的将来可能会无处不在。
3.2运动轨迹插补原理
在CNC数控机床上，各种曲线轮廓加工都是通过插补计算实现的，插补计算的任务就是对轮廓线的起点到终点之间再密集的计算出有限个坐标点，刀具沿着这些坐标点移动，用折线逼近所要加工的曲线。进而获得理论轮廓。而确定刀具或绘图笔坐标的过程就称为插补。
插补方法可以分为两大类: 脉冲增量插补和数据采样插补。
脉冲增量插补是控制单个脉冲输出规律的插补方法，每输出一个脉冲，移动部件都要相应地移动一定距离，这个距离就是脉冲当量，因此，脉冲增量插补也称为行程标量插补,如逐点比较法、数字积分法。该插补方法通常用于步进电机控制系统。
数据采样插补，也称为数字增量插补，是在规定的时间内，计算出个坐标方向的增量值、刀具所在的坐标位置及其他一些需要的值。这些数据严格地限制在一个插补时间内计算完毕，送给伺服系统，再由伺服系统控制移动部件运动，移动部件也必须在下一个插补时间内走完插补计算给出的行程，因此数据采样插补也称为时间标量插补。数据采样插补采用数值量控制机床运动，机床各坐标方向的运动速度与插补运算给出的数值量和插补时间有关。该插补方法是用于直流伺服电动机和交流伺服电动机的闭环或半闭环控制系统。
数控系统中完成插补工作的部分装置称为插补器。下面主要介绍脉冲增量插补中的逐点比较法插补原理。
3.2.1逐点比较法的直线插补
所谓逐点比较法插补，就是刀具或绘图笔每走一步都要和给定轨迹上的坐标值进行比较，看这点在给定轨迹的上方或下方，或是给定轨迹的里面或外面，从而决定下一步的进给方向。如果原来在给定轨迹的下方，下一步就向给定轨迹的上方走，如果原来在给定轨迹的里面，下一步就向给定轨迹的外面走……。如此，走一步、看一看，比较一次，决定下一步走向，以便逼近给定轨迹，即形成逐点比较插补。
逐点比较法是以阶梯折线来逼近直线或圆弧等曲线的，它与规定的加工直线或圆弧之间的*大误差为一个脉冲当量，因此只要把脉冲当量(每走一步的距离即步长)取得足够小，就可达到加工精度的要求。
1. *象限内的直线插补
1) 偏差计算公式
根据逐点比较法插补原理，必须把每一插值点(动点)的实际位置与给定轨迹的理想位置间的误差，即“偏差”计算出来，根据偏差图3��5*象限直线的正、负决定下一步的走向，来逼近给定轨迹。因此偏差计算是逐点比较法关键的一步。
在*象限想加工出直线段OA，取直线段的起点为坐标原点，直线段终点坐标(xe ,ye)是已知的，如图3��5所示。点m(xm,ym)为加工点(动点)，若点m在直线段OA上，则有xm/ym=xe/ye即xm/ym－xe/ye=0
现定义直线插补的偏差判别式为Fm=ymxe－xmye(3.2.1)若Fm=0，表明点m在OA直线段上；若Fm>0，表明点m在OA直线段的上方，即点m′处；若Fm<0，表明点m在OA直线段的下方，即点m″处。
由此可得*象限直线逐点比较法插补的原理是: 从直线的起点(即坐标原点)出发，当Fm≥0时，沿＋x轴方向走一步；当Fm<0时，沿＋y方向走一步；当两方向所走的步数与终点坐标(xe,ye)相等时，发出终点到信号，停止插补。
按式(3.2.1)计算偏差，要做两次乘法，一次减法，比较麻烦，因此需要进一步简化。下面推导简化的偏差计算公式。
① 设加工点正处于m点，当Fm≥0时，表明m点在OA上或OA上方，应沿＋x方向进给一步至(m＋1)点，该点的坐标值为xm+1=xm+1
ym+1=ym该点的偏差为Fm+1=ym+1xe－xm+1ye=ymxe－(xm+1)ye=Fm－ye(3.2.2)② 设加工点正处于m点，当Fm＜0时，表明m点在OA下方，应向+y方向进给一步至(m+1)点，该点的坐标值为xm+1=xm+1
ym+1=ym该点的偏差为Fm+1=ym+1xe－xm+1ye=(ym+1)xe－xmye=Fm+xe(3.2.3)式(3.2.2)和式(3.2.3)是简化后偏差计算公式，在公式中只有一次加法或减法运算，新的加工点的偏差Fm+1都可以由前一点偏差Fm和终点坐标相加或相减得到。特别要注意，加工的起点是坐标原点，起点的偏差是已知的，即F0＝0。
2) 终点判断方法
逐点比较法的终点判断有多种方法，下面介绍两种方法:
① 设置Nx和Ny两个减法计数器，在加工开始前，在Nx和Ny计数器中分别存入终点坐标值xe和ye，在x坐标(或y坐标)进给一步时，就在Nx计数器(或Ny计数器)中减去1，直到这两个计数器中的数都减到零时，到达终点。
② 用一个终点计数器，寄存x和y两个坐标进给的总步数Nxy，x或y坐标进给一步，Nxy就减1，若Nxy＝0，则就达到终点。
3) 插补计算过程
插补计算时，每走一步，都要进行以下四个步骤的插补计算过程，即偏差判别、坐标进给、偏差计算、终点判断。
2. 4个象限的直线插补
不同象限直线插补的偏差符号及坐标进给方向如图3��6所示。
图3��6偏差符号与进给方向的关系
由图3��6可以推导得出，四个象限直线插补的偏差计算公式和坐标进给方向，详见表3��2。该表中四个象限的终点坐标值取绝对值代入计算式中的xe和ye。表3��2直线插补的进给方向及偏差计算公式
Fm≥0Fm<0进给方向偏差计算所在象限进给方向偏差计算+x二、三-xFm+1=Fm-ye+y三、四-yFm+1=Fm+xe3. 直线插补计算的程序实现
1) 数据的输入及存放
在计算机的内存中开辟六个单元XE、YE、NXY、FM、XOY和ZF，分别存放终点横坐标xe、终点纵坐标ye、总步数Nxy、加工点偏差Fm、直线所在象限值和步进方向标志。这里Nxy=Nx+Ny,XOY单元里的值(1、2、3、4)表示(*、第二、第三、第四)象限，XOY单元的值可由终点坐标(xe,ye)的正、负符号来确定，Fm的初值为F0＝0，ZF＝1,2,3,4分别代表+x、-x、+y、-y步进的方向。
……
前言/序言
工业控制是计算机的一个重要应用领域，计算机控制正是为了适应这一领域的需要而发展起来的一门专业技术。它主要研究如何将计算机技术、通信技术和自动控制理论应用于工业生产过程，并设计出所需要的计算机控制系统。微型计算机控制技术是我国高等学校自动化类、电气类、电子信息类、计算机类、机械类、仪器类等专业的主干专业课程。本书是普通高等教育“十二五”*规划教材、*精品课程教材、*精品资源共享课程教材、高等院校信息技术规划教材。本版主要是基于计算机控制技术的发展，利用工业界、科技界和教育界所取得的经验对第2版进行了修订。第1版曾获全国普通高等学校优秀教材二等奖（2002年），高等教育面向21世纪教学内容和课程体系改革计划立项教材。教材以主流机型ISA/PCI/PCI E总线工业控制机为控制工具，系统地阐述了计算机控制系统的设计技术与工程实现方法。教材第3版共分9章。第1章是绪论，介绍计算机控制系统及其组成、计算机控制系统的典型形式、工业控制机的组成结构及特点、计算机控制系统的发展概况和趋势；第2章讨论计算机控制系统的输入输出接口与过程通道；第3章讨论数字控制技术，重点介绍逐点比较法插补原理、多轴步进驱动控制技术和多轴伺服驱动控制技术；第4章讨论常规及复杂控制技术，主要介绍数字控制器的各种控制算法；第5章讨论现代控制技术，主要介绍采用状态空间的输出反馈设计法、极点配置设计法、*优化设计法；第6章讨论应用程序设计与实现技术；第7章讨论HMI/SCADA技术与监控组态软件；第8章讨论分布式测控网络技术；第9章讨论计算机控制系统的设计原则、步骤和工程实现，并给出了设计实例。书中配有习题可供选用，本书内容丰富，体系新颖，理论联系实际，实践性、工程性、系统性、集成性强。
全书的编写工作由于海生教授主持，于海生和丁军航统稿；第1、第3至第6、第8、第9章内容由于海生编写，丁军航提供部分素材；第2章第1节内容由潘松峰、于金鹏编写；第2章第2至第5节内容由于海生编写；第3章第1、第2节内容由于海生编写；第3至第5节由于海生和吴贺荣编写；第7章内容由于海生、丁军航、吴贺荣编写。
本书得到了清华大学出版社的大力支持，在此表示衷心的感谢。由于编著者水平有限，书中难免有许多欠妥之处，诚请读者批评指正。
于海生2017年1月
用户评价
这本书，哦，我得说，我当初翻开它的时候，完全是被那个“微型计算机控制技术”的标题给吸引了。在我印象中，微型计算机这东西，就该是那种小巧玲珑，能塞进各种设备里的，然而，控制技术？听起来就像是给这些小家伙赋予了生命，让它们能够感知世界，并且做出反应。拿到这本《微型计算机控制技术（第3版）/高等院校信息技术规划教材》的时候，我心里还是有点忐忑的，毕竟“第3版”意味着它已经经历了好几代的迭代，内容肯定是不容小觑的。我当时对微型计算机的理解，还停留在一些非常基础的层面，比如简单的嵌入式系统，或者是一些DIY项目里会用到的单片机。我特别好奇，这本书到底会如何深入浅出地讲解“控制”这个概念。控制，在我看来，是一种艺术，也是一种科学，它涉及到如何精确地测量、如何有效地处理信息、以及如何准确地执行指令。我想象着书里会详细介绍各种传感器的工作原理，比如温度传感器、光敏电阻、霍尔传感器等等，然后这些传感器的数据是如何被微型计算机读取和处理的。我最期待的是，书里能详细解释微型计算机是如何根据这些传感器输入，通过软件算法，然后驱动执行器，比如电机、继电器、LED灯等，完成一系列复杂的控制任务的。我希望它能不仅仅是罗列一些技术名词，而是能通过生动形象的例子，让我理解这些技术在实际应用中的强大威力。我还在想，这本书会不会涉及到一些实时操作系统（RTOS）的内容，因为控制系统往往要求极高的实时性和稳定性，而RTOS正是为了解决这些问题而生的。我脑海里浮现出各种工业自动化、智能家居、甚至是医疗设备中的微型计算机控制的身影，它们默默地工作着，让我们的生活变得更加便捷和高效。这本书，在我看来，就像是一把钥匙，能够打开我通往微型计算机控制技术世界的大门，让我不再只是一个旁观者，而是能够真正理解和掌握这门技术。我特别希望这本书能够提供一些实操性的指导，比如如何选择合适的微型计算机硬件，如何进行电路设计，如何编写代码，以及如何进行调试。我一直相信，理论知识的学习，一定要与实践相结合，才能真正做到融会贯通。所以，如果这本书能提供一些具体的项目案例，或者一些学习路径的建议，那就太棒了。我当时对信息技术规划这个副标题也很好奇，它似乎暗示了这本书不仅仅局限于技术本身，可能还会涉及一些宏观层面的思考，比如如何将微型计算机控制技术融入到更广泛的信息技术体系中，如何进行项目规划和管理。这让我觉得这本书的视野更加开阔，也更具前瞻性。我抱着一种求知的热情，渴望在这本书中找到答案，去探索微型计算机控制技术的奥秘。
评分我第一次注意到《微型计算机控制技术（第3版）/高等院校信息技术规划教材》这本书，是在一个技术论坛上。当时大家在讨论如何实现一些比较复杂的自动化控制系统，其中就有人提到了这本书，说它在原理讲解和实践指导方面都做得相当不错。我当时对微型计算机控制技术并不是特别了解，我只知道它在各种嵌入式设备中广泛应用，比如家电、汽车、机器人等等。我特别好奇，这本书到底会如何将“微型计算机”这个相对抽象的概念，与“控制技术”这个更具操作性的领域结合起来。我设想，这本书应该会从微型计算机的基本原理讲起，比如它的工作流程、指令集、中断机制等等，然后逐步深入到如何利用这些特性来实现各种控制功能。我特别期待书中能够详细介绍各种传感器的工作原理和数据采集方法，比如如何读取温度、湿度、压力、光照等信息，以及如何对这些数据进行预处理和滤波。同时，我也希望书中能够讲解如何设计和实现执行器控制，比如如何精确控制电机的转速和方向，如何驱动继电器实现开关功能，以及如何控制LED灯的亮度。我之前接触过一些单片机编程，但我总觉得自己在硬件接口和底层驱动方面还不够扎实，我希望这本书能够弥补我的这块短板。而且，“信息技术规划”这个副标题，让我觉得这本书的定位不仅仅是技术手册，而更像是一本指导手册，它能够帮助读者理解如何在更宏观的层面上思考和规划基于微型计算机的控制系统。我猜测，书中可能会探讨如何根据实际需求，选择合适的微型计算机硬件平台，如何设计系统的整体架构，以及如何进行软件开发和集成。我希望它能提供一些关于系统可靠性、安全性和可扩展性的设计原则，以及一些项目管理的最佳实践。我当时的想法是，如果这本书能够帮助我建立起从硬件选型、软件开发到系统规划的完整知识体系，那将是一件非常有价值的事情。我希望这本书能够成为我学习微型计算机控制技术的“敲门砖”，让我能够逐步深入这个 fascinating 的领域。
评分初次见到《微型计算机控制技术（第3版）/高等院校信息技术规划教材》这本书，我的第一感觉就是它充满了技术深度和应用广度。微型计算机，在我印象中，就是那个让无数电子设备变得“聪明”起来的秘密武器。而“控制技术”，则是赋予这些“聪明”大脑以行动能力的灵魂。我当时对这个领域的了解，还停留在一些比较零散的知识点上，比如知道它在嵌入式系统、物联网等领域扮演着核心角色，但对于其背后的原理和实现方式，却是一知半解。我非常渴望能通过这本书，深入了解微型计算机是如何工作的，它的硬件架构是怎样的，如何理解和编写低级的控制程序。我尤其好奇，这本书会如何讲解微型计算机与各种传感器和执行器之间的交互。比如，传感器是如何感知环境变化并将其转化为电信号，微型计算机又是如何读取这些信号，进行分析和决策，最终通过执行器来影响物理世界。我期待书中能有详细的章节，讲解各种常见的传感器（如温度、湿度、光照、加速度传感器）和执行器（如电机、舵机、继电器）的工作原理及其接口技术。而“高等院校信息技术规划教材”这个副标题，则让我觉得这本书不仅仅局限于技术细节，更具备一种战略性的视角。我猜想，书中会探讨如何根据不同的应用场景，进行微型计算机控制系统的设计和规划，包括如何选择合适的硬件平台，如何进行系统集成，以及如何考虑系统的可扩展性、可靠性和安全性。我希望这本书能够帮助我建立起一个完整的知识体系，让我不仅能理解微型计算机控制技术的“是什么”，更能理解“为什么”和“怎么做”。我当时的心情，就像一个初次接触复杂机械的学徒，渴望得到一本详尽的说明书，能够带领我一步步地解开机器的奥秘，最终能够驾驭它，让它为我所用。我期待这本书能够成为我探索微型计算机控制技术世界的“指南针”，指引我走向更广阔的知识海洋。
评分拿到《微型计算机控制技术（第3版）/高等院校信息技术规划教材》这本书的时候，我心里其实是带着一种混合着好奇与挑战的心态的。微型计算机控制技术，这听起来就不是那种轻松易懂的学科，我一直觉得，要真正掌握它，需要扎实的理论基础和丰富的实践经验。我当时对微型计算机的理解，可能还停留在一些比较表面的层次，比如知道它们是嵌入式系统的核心，能够实现一些自动化功能，但具体是如何实现的，我就知之甚少了。我非常想知道，这本书会如何从零开始，一步步地剖析微型计算机的工作原理，比如它的CPU架构、指令系统、存储器管理等等。我更期待的是，它会如何将这些基础知识与“控制技术”紧密结合。比如，微型计算机如何通过各种接口，与外部的传感器进行交互，采集环境信息？它又是如何处理这些信息，并根据预设的算法，生成控制指令，驱动各种执行器，完成预期的任务？我脑海里浮现出许多具体的应用场景：智能家居中的温控系统，工业生产线上的机器人手臂，甚至是无人驾驶汽车的导航系统……这些都离不开微型计算机的精确控制。副标题中的“高等院校信息技术规划教材”也引起了我的注意，这让我觉得这本书可能不仅仅是传授技术知识，更会涉及如何将这些技术进行系统性的规划和应用。我猜测，书中或许会包含一些关于系统设计、项目管理、以及技术选型的指导，能够帮助读者理解如何在实际的项目中，将微型计算机控制技术有效地融入到整体的信息技术框架中。我当时的想法是，如果这本书能够让我不仅理解“怎么做”，还能理解“为什么要这么做”，并且知道“如何做得更好”，那就太有价值了。我希望这本书能够为我打开一扇通往微型计算机控制技术世界的大门，让我能够更深入地理解和掌握这项重要的技术，并且能够将其应用于实际的学习和工作中，甚至对未来的信息技术发展有更深刻的认识。
评分我第一次接触到《微型计算机控制技术（第3版）/高等院校信息技术规划教材》这本书，是在一次课程的推荐书单里。当时我就对“微型计算机控制技术”这个概念产生了浓厚的兴趣。在我看来，微型计算机就像是一个微小的“大脑”，而“控制技术”则是让这个大脑能够感知世界、做出决策并操纵周围环境的“神经系统”。我当时对这个领域的理解非常有限，只知道它在各种嵌入式设备和自动化系统中扮演着重要角色。我特别好奇，这本书会如何从底层开始，讲解微型计算机的硬件架构，比如它的中央处理器、存储器、输入输出接口等等，以及它们是如何协同工作的。我更想了解，微型计算机是如何通过各种传感器来感知外界环境的，比如如何读取温度、湿度、光照强度等信息，以及如何将这些模拟信号转化为数字信号。同时，我也对微型计算机如何通过执行器来影响物理世界感到好奇，比如如何精确控制电机的转速和方向，如何驱动继电器实现开关控制，以及如何通过LED灯显示信息。而“高等院校信息技术规划教材”这个副标题，则让我觉得这本书不仅仅是关于技术本身，还包含了更宏观的视野。我猜测，书中可能会涉及如何根据实际需求，进行微型计算机控制系统的设计和规划，包括如何选择合适的硬件平台，如何进行软件开发和集成，以及如何考虑系统的可维护性和可扩展性。我希望这本书能够为我提供一个清晰的学习路径，让我能够从零开始，逐步掌握微型计算机控制技术的核心概念和实践方法。我当时的想法是，如果这本书能够帮助我理解微型计算机控制技术是如何驱动现代科技发展的，并且让我能够为未来的学习和工作打下坚实的基础，那就非常宝贵了。我期待这本书能够像一个经验丰富的向导，带领我深入探索微型计算机控制技术的迷人世界。
评分说实话，当我在书架上看到《微型计算机控制技术（第3版）/高等院校信息技术规划教材》时，我的第一反应是，“哦，这又是一本枯燥的技术教材”。我一直觉得，计算机相关的技术书籍，除非是那种面向初学者的入门读物，否则很容易陷入各种晦涩难懂的理论和复杂的公式中。但不知怎的，这本厚实的书，却在我心里激起了一丝涟漪。我当时对“控制技术”的理解，主要停留在一些宏观的概念上，比如工业机器人如何精确地运动，无人机如何稳定地悬停。但我对“微型计算机”在这个过程中扮演的具体角色，却知之甚少。我脑子里充满了各种疑问：微型计算机是如何做到“控制”的？它需要具备哪些核心能力？它与传统的计算机有什么本质区别？我特别好奇，这本书会不会深入讲解微型计算机的硬件架构，比如CPU、内存、I/O接口等等，以及它们如何协同工作来完成控制任务。我设想，书中可能会详细介绍各种微控制器（MCU）的型号和特点，比如AVR、ARM Cortex-M系列，以及它们各自的优势和应用场景。我希望它能教会我如何理解和编写低层级的嵌入式程序，如何使用汇编语言或者C语言来直接操作硬件。同时，“信息技术规划”这个副标题，让我觉得这本书的格局更大。它不仅仅是关于单项技术，更关乎如何将这些技术进行整合，如何构建一个完整的控制系统，甚至如何将这些系统融入到整个信息化的蓝图中。我猜想，这本书可能会探讨如何进行系统需求分析，如何设计系统架构，如何选择合适的开发工具和平台，以及如何进行项目的部署和维护。我希望它能给我一些关于项目管理的思路，比如如何进行风险评估，如何进行资源分配，以及如何进行团队协作。我当时的想法是，如果我能够通过这本书，不仅掌握微型计算机控制的技术细节，还能理解如何进行技术规划和项目管理，那将是一次非常宝贵的学习经历。我希望这本书能为我打开一扇新的大门，让我能够更全面、更深入地理解信息技术在现代社会中的作用和发展方向。我当时对这本书的期待，不仅仅是知识的获取，更是一种视野的拓展和思维方式的重塑。
评分说实话，当我第一次在书架上看到《微型计算机控制技术（第3版）/高等院校信息技术规划教材》这本书时，我内心深处是有点犹豫的。我一直觉得，微型计算机控制技术这类专业性极强的科目，往往充斥着大量晦涩的公式和难以理解的理论，对于非专业背景的我来说，学习起来可能会非常吃力。我当时对微型计算机的认知，仅限于知道它们是嵌入式系统里的一些核心部件，能够实现一些自动化功能，比如在遥控器、洗衣机等家电中。但我对它们具体是如何工作的，以及如何实现“控制”这一概念，几乎是一无所知。我特别想知道，这本书是否会详细讲解微型计算机的硬件组成，比如CPU、内存、I/O接口等，以及它们是如何协同工作的。我更想了解，微型计算机是如何读取传感器传来的信息，比如温度、湿度、光照强度，又是如何通过这些信息来做出判断，并发出指令控制执行器，比如电机、LED灯、继电器等。我期待书中能够用比较生动形象的例子，来解释这些复杂的原理，而不是单纯地堆砌技术术语。而“高等院校信息技术规划教材”这个副标题，则让我觉得这本书的定位不仅仅是纯粹的技术书籍，可能还包含了一些关于如何将微型计算机控制技术应用到实际项目中的指导。我猜想，书中可能会探讨如何进行系统的需求分析，如何设计系统的架构，如何选择合适的硬件和软件平台，以及如何进行项目管理。我希望这本书能够帮助我建立起一个从宏观到微观的认知体系，让我不仅能理解微型计算机控制技术本身的原理，还能理解它在整个信息技术体系中的作用和价值。我当时的想法是，如果这本书能让我不再对微型计算机控制技术感到畏惧，而是能够激发我的学习兴趣，并为我打下坚实的基础，那就再好不过了。我希望它能为我打开一扇窗，让我能够窥探到这个充满挑战和机遇的技术领域。
评分当我第一次看到《微型计算机控制技术（第3版）/高等院校信息技术规划教材》这本书的标题时，我的大脑立即开始自动联想。微型计算机，在我看来，就是那个隐藏在幕后，默默驱动着无数现代设备运转的“大脑”。而“控制技术”，则像是赋予这些大脑生命，让它们能够感知、思考并做出行动的“魔法”。我当时对这个领域的了解，可以说是模糊不清，只知道它在工业自动化、智能家居、航空航天等领域发挥着至关重要的作用。我特别好奇，这本书是如何将这两个概念结合在一起的。我会不会学到微型计算机的底层指令，以及如何通过代码来直接操纵硬件？我脑海里浮现出各种各样的传感器：温度传感器、压力传感器、光敏传感器、陀螺仪……它们是如何将物理世界的信息转化为微型计算机能够理解的数字信号的？我又好奇，微型计算机又是如何通过各种执行器，比如电机、阀门、显示屏，来影响物理世界的？“第3版”这个字眼，让我觉得这本书的内容一定经过了多次的打磨和更新，可能包含了最新的技术进展和应用案例。而“高等院校信息技术规划教材”的副标题，则暗示了这本书不仅是一本技术性的读物，更可能包含一些关于如何将微型计算机控制技术应用于更广泛的信息技术规划中的指导。我希望书中能够讲解一些关于系统设计的原则，比如如何进行模块化设计，如何保证系统的稳定性和可靠性，以及如何进行性能优化。我当时的心情，就像一个渴望探索未知世界的探险家，手中握着一张藏宝图，迫不及待地想要揭开它隐藏的秘密。我希望这本书能够提供给我足够的知识和工具，让我能够理解并参与到微型计算机控制技术的开发和应用中去，从而更好地理解这个快速发展的时代。我期待这本书能够给我带来一次思维的飞跃，让我能够从一个旁观者变成一个能够理解和创造的参与者。
评分拿到《微型计算机控制技术（第3版）/高等院校信息技术规划教材》这本书的时候，我心里既充满期待，又带着一丝敬畏。微型计算机，在我看来，是现代科技的基石，而“控制技术”则是赋予这些基石生命力的关键。我当时对这个领域的理解，还停留在一些比较零散的认知层面，比如知道它在嵌入式系统、物联网设备中扮演着核心角色，但对于其工作原理、实现方式以及在实际应用中的具体细节，却了解不多。我非常希望通过这本书，能够深入理解微型计算机的硬件架构，比如CPU的设计、指令集的构成、内存管理机制等，以及这些是如何影响其控制能力的。我更期待的是，书中能够详细讲解微型计算机如何与外部世界进行交互，例如如何通过各种传感器（如温度、湿度、光照、压力传感器）采集环境信息，如何处理这些信息，并最终通过执行器（如电机、舵机、继电器）来完成具体的控制任务。我希望书中能有清晰的图示和实例，来帮助我理解这些复杂的概念。而“高等院校信息技术规划教材”这个副标题，则让我觉得这本书的价值不仅仅在于技术本身，更在于它提供了一种系统性的思维方式。我猜想，书中会涉及如何根据不同的应用场景，来设计和规划微型计算机控制系统，包括如何进行系统需求分析，如何选择合适的硬件平台和开发工具，以及如何进行项目管理和实施。我希望这本书能够帮助我建立起一个从理论到实践、从技术细节到系统规划的完整知识体系。我当时的心情，就像一个渴望探索未知领域的冒险家，手中握着一本记载着古老智慧的典籍，迫不及待地想要解读其中的秘密，并将其运用到自己的探索旅程中。我期待这本书能够成为我深入学习微型计算机控制技术的“启蒙之书”，为我打开一扇通往更广阔技术世界的大门。
评分当我偶然看到《微型计算机控制技术（第3版）/高等院校信息技术规划教材》这本书时，我的脑海中立刻浮现出许多关于自动化和智能化的画面。微型计算机，这个小巧而强大的“大脑”，如何能够精准地控制各种设备，实现各种令人惊叹的功能？“控制技术”，这个听起来既神秘又充满魅力的领域，究竟蕴含着怎样的奥秘？我当时对这个领域的了解，可谓是知之甚少，只知道它在工业制造、智能家居、机器人等领域发挥着不可替代的作用。我渴望通过这本书，深入理解微型计算机的工作原理，比如它的处理器如何执行指令，内存如何存储数据，以及输入输出接口如何与外部世界交互。我特别想知道，微型计算机是如何通过各种传感器（如温度传感器、光敏传感器、压力传感器）来感知周围环境的，又是如何将这些模拟信号转化为数字信息。更让我着迷的是，微型计算机如何通过各种执行器（如电机、舵机、继电器）来影响物理世界，实现精确的运动控制、开关控制等。而“高等院校信息技术规划教材”这个副标题，则让我觉得这本书的价值不仅仅在于技术细节，更在于它提供了一种系统性的思考方式。我猜想，书中可能会探讨如何根据实际应用需求，来规划和设计基于微型计算机的控制系统，包括如何选择合适的硬件平台，如何进行软件开发和集成，以及如何考虑系统的整体性能和可靠性。我当时的心情，就像一个初次接触迷宫的旅行者，手里拿着一张泛黄的地图，渴望找到一条清晰的路线，带领我穿越重重迷雾，最终到达目的地。我希望这本书能够为我提供足够清晰的指引，让我能够深入理解微型计算机控制技术的精髓，并且能够将其应用于未来的学习和实践中，甚至对信息技术的发展趋势有更深刻的认识。
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