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第1章 绪论1

1.1 现代测控技术的基本概念1

1.1.1 现代测量技术1

1.1.2 现代控制技术2

1.1.3 现代测控技术3

1.2 现代测控技术的分类4

1.3 现代测控技术的发展趋势5

习题6

第2章 现代测控系统的组成结构7

2.1 测控系统的组成结构7

2.2 输入通道8

2.2.1 数字量输入通道8

2.2.2 模拟量输入通道9

2.3 输出通道13

2.3.1 开关信号输出通道14

2.3.2 模拟信号输出通道15

2.4 信号变换17

2.4.1 信号的采样过程18

2.4.2 采样定理19

2.4.3 量化过程和量化误差20

2.4.4 信号的恢复和保持器20

2.5 数据处理23

2.5.1 串模干扰和共模干扰23

2.5.2 数字滤波24

2.5.3 标度变换26

2.5.4 曲线拟合与插值28

习题30

第3章 传感器及总线技术31

3.1 传感器技术31

3.1.1 微型传感器31

3.1.2 数字传感器33

3.1.3 集成传感器35

3.1.4 智能传感器35

3.1.5 网络传感器36

3.2 总线技术36

3.2.1 总线的定义36

3.2.2 总线的信号线37

3.2.3 总线的分类37

3.2.4 测控总线37

3.3 串行通信总线39

3.3.1 串行总线的基本概念39

3.3.2 串行通信的异步和同步方式40

3.3.3 差错控制技术41

3.3.4 串行通信标准总线44

习题47

第4章 系统设计与分析的数学工具48

4.1 差分方程48

4.2 Z变换52

4.2.1 Z变换定义52

4.2.2 Z变换的一些基本性质55

4.2.3 Z反变换56

4.2.4 用Z变换求解差分方程59

4.3 脉冲传递函数60

4.3.1 脉冲传递函数定义60

4.3.2 脉冲传递函数的求法61

4.4 z域稳定性分析62

4.4.1 系统在z域稳定性条件62

4.4.2 系统在z域稳定性判据63

4.4.3 线性离散系统的动态响应分析65

4.4.4 线性离散系统的稳态误差67

习题70

第5章 系统的模拟化设计方法72

5.1 模拟控制器到数字控制器的实现72

5.1.1 模拟控制器到数字控制器的离散等效原理及条件72

5.1.2 模拟控制器转化为数字控制器的方法74

5.2 数字PID控制器的设计76

5.2.1 模拟PID控制规律的离散化77

5.2.2 数字PID控制算法的改进79

5.3 数字PID控制器参数的整定82

5.3.1 PID参数变化对系统性能的影响82

5.3.2 采样周期的选择83

5.3.3 简易工程法整定参数84

5.3.4 试凑法确定参数86

5.3.5 归一参数整定法87

5.4 设计举例87

5.4.1 按二阶工程设计法设计数字控制器87

5.4.2 举例88

习题93

第6章 系统的数字化设计方法95

6.1 最小拍数字测控系统的设计96

6.1.1 最少拍测控系统设计96

6.1.2 典型输入信号下输出跟踪输入的拍数97

6.1.3 系统在典型输入信号作用下输出跟踪输入的适应性99

6.2 快速有波纹系统的设计100

6.2.1 稳定性对φ（z）的要求100

6.2.2 准确性（稳态误差应为零）对φ（z）的要求101

6.2.3 快速性及可实现性对φ（z）的要求102

6.2.4 闭环脉冲传递函数φ（z）的设计102

6.2.5 最少拍有波纹系统的设计过程103

6.3 快速无波纹系统的设计104

6.3.1 最少拍无波纹系统设计要求105

6.3.2 最少拍无波纹系统设计过程105

6.4 纯滞后测控系统的设计106

6.4.1 史密斯预估控制107

6.4.2 大林算法110

6.5 数字控制系统设计举例115

6.5.1 恒温箱温度数字测控系统115

6.5.2 针对含有扰动作用的测控系统设计118

6.6 数字控制器的频域设计法120

6.6.1 数字控制器的频率特性120

6.6.2 W变换法的设计步骤122

6.6.3 数字控制器的根规迹设计法124

习题126

第7章 系统的状态空间设计方法128

7.1 状态空间法的基本概念128

7.2 离散系统的状态空间描述129

7.2.1 由差分方程建立离散状态空间模型129

7.2.2 多输入多输出离散系统的状态空间描述133

7.2.3 离散状态方程的求解134

7.2.4 离散状态空间方程与z传递函数之间的转换137

7.3 离散系统的能控性和能观性141

7.3.1 能控性和能观性定义141

7.3.2 对偶原理144

7.3.3 能控性、能观性与传递函数矩阵的关系145

7.4 离散系统的状态空间设计法147

7.4.1 极点配置设计法147

7.4.2 状态观测器设计法150

7.4.3 用可测标准型设计观测器154

7.4.4 离散二次型最优设计法156

习题160

第8章 模糊控制技术162

8.1 模糊控制的数学工具162

8.1.1 模糊集合162

8.1.2 模糊集合的表示方法163

8.1.3 模糊集合的运算164

8.1.4 隶属函数的确定方法164

8.1.5 模糊关系165

8.1.6 模糊关系方程170

8.2 模糊控制原理171

8.2.1 模糊控制器的组成171

8.2.2 模糊控制器设计176

8.3 双输入单输出模糊控制器设计178

8.3.1 双输入单输出模糊控制器设计178

8.3.2 模糊控制应用实例——洗衣机的模糊控制181

8.4 模糊数字PID控制器186

习题187

第9章 测控系统的仿真技术189

9.1 MATLAB-Simulink简介189

9.2 Simulink结构程序设计191

9.3 离散系统仿真196

9.4 Simulink仿真应用201

习题205

参考文献206