現代數位控制實踐

第1章　緒論/1
1.1數字控制的必要性及優點/1
1.2目前比較流行的幾種數字控制實現簡介/1
1.3一般單個數字控制系統的硬體搆成/2
1.4集中式多系統數字控制及主從分佈式多系統數字控制結構/2
1.5數字控制方案選擇/3
1.6數字控制設計的主要內容及一般過程/7
 
第2章　數字控制硬體設計基礎/8
2.1數字控制中常用微處理器的介面引腳功能及引腳設置/8
2.2關於TTL數字介面晶片驅動問題/21
2.3 5 V、3.3 V混合供電系統中的電平相容問題/24
2.4關於OC輸出結構的數字器件的使用/24
2.5關於微處理器晶片本身的準雙向口及其操作說明/25
2.6數字控制中幾種常用微處理器的中斷結構特點及區別/25
 
第3章　數字控制基本硬體擴展設計/28
3.1數字控制中常用微處理器的最小系統設計/28
3.2微處理器總線驅動能力擴展/31
3.3常用微處理器的程式存儲擴展技術/34
3.4數字控制中常用微處理器的數據存儲擴展/40
3.5一般並行數字I/O擴展/51
3.6數字控制的模擬輸入、輸出介面擴展/58
3.7數字電路的EPLD實現/64
3.8單片機系統的加密技術/69
 
第4章　數字控制中的多處理器數據通信/74
4.1引言/74
4.2並行通信的基本原理及介面設計/74
4.3非同步串列通信的基本原理及介面設計/80
 
第5章　數字控制的演算法實現及軟件設計/93
5.1引言/93
5.2數字控制的控制器設計及數字化處理方法/93
5.3採樣週期選取/95
5.4數字控制演算法的實現/96
5.5數字控制演算法的雙處理器並行實現/99
5.6數字控制軟件設計基礎/100
5.7基於80C196KC匯編語言的數字控制軟件設計/102
5.8基於DSPLF2407A匯編語言的數字控制軟件設計/107
5.9基於工業控制計算機或PC/104的數字控制軟件設計/114
5.10數字控制實現中控制變量序列的初值處理/120
 
第6章　數字控制系統的電磁相容設計/122
6.1電源部分的電磁相容設計/122
6.2數字電路部分的電磁相容設計/124
6.3模擬電路部分的電磁相容設計/127
6.4基於PWM的電機驅動系統的電磁相容設計/129
6.5軟件設計上的抗幹擾措施/130
6.6外部信號走線的電磁相容設計/131
6.7幾個電磁相容問題解決實例/132
 
第7章　數字控制系統中常用的模擬電路/138
7.1前言/138
7.2運算放大器電路設計的一般原則/138
7.3常見的幾種電路介紹/139
 
第8章　回轉運動控制的角位置數字反饋信號測量/151
8.1引言/151
8.2基於旋轉變壓器及感應同步器的鑒幅式雙通道測角系統原理及實現/152
8.3基於旋轉變壓器及感應同步器的混合式雙通道測角系統原理及實現/167
8.4測角傳感器安裝及接線對信號質量的影響/188
 
第9章　閉環系統數字控制設計實例/190
9.1設計任務提出/190
9.2總體方案設計/190
9.3數字控制系統硬體設計/192
9.4控制器結構及參數設計/203
9.5數字控制系統軟件設計/207
9.6閉環數字控制系統的實際調試/225
9.7閉環數字控制系統的性能測試/229
 
參考文獻/233

前言

　　數位控制是指以數位計算機作為廣義控制器實現對連續或離散對象(或過程)的開環或閉環控制的控制方法，它在諸多方面都有著傳統模擬控制無法比擬的優點。隨著微處理器及其相關電子技術的發展和進步，基於微處理器的數字控制越來越廣泛地被用於控制工程實踐中。

　　數字控制技術是一門多學科綜合技術，它不僅包含古典控制理論、現代非線性控制科學的應用、微處理器數字系統的硬件擴展技術及軟件設計，還涉及非電物理量的數字測量、模擬電路技術等，尤其是現代數字控制實踐中還會遇到電磁兼容技術問題。

　　目前，大多有關數字控制的著作基本上偏重理論的分析和系統設計，而有關微處理器數字系統技術的教材則大多局限於某種處理器的基本結構和一般應用介紹。在作者的教學實踐中發現，雖然很多讀者對數字控制用到的各方面知識都有較深入的掌握，但在具體的數字閉環控制實踐中往往不能有效地綜合運用。為此，本書作者從工程實際出發，圍遶實際的數字控制系統的設計和實現，介紹了多種常用微處理器的基礎知識及外圍接口擴展技術、數字控制的整個設計過程、硬軟件實現方法等，試圖使讀者從全局的高度對數字控制技術有概括的瞭解，融會貫通地掌握所用到的諸方面的知識，提高對基礎知識的綜合運用水平和實際動手能力。

　　本書大部分章節的內容都是作者多年數字控制實踐經驗的系統總結和提煉，同時為了方便讀者對數字控制技術有全面、系統的理解和掌握，介紹了有關數字控制的基礎知識。基礎知識的介紹不是簡單的資料匯編，而是作者在參閱了大量相關文獻的基礎上，融會了本人實踐過程中的心得體會，比如基礎部分的硬件擴展及基於匯編語言的控制軟件編程，都結合作者親自設計和調試過的實例來介紹，以期對讀者快速掌握、提昇理解等有所幫助。

　　本書是一本有關數字閉環控制系統設計及實現的全面、系統而且實用的學習教程，內容涉及常用的微處理器接口擴展設計、多處理器的數據通信、數字控制的電磁兼容設計、角位置信號的數字測量、數字接口的前置和後置處理模擬電路設計等。本書可作為高年級研究生或者愛好計算機硬件設計和數字系統的高年級本科生的教材或參考書，也適合具有一定數字控制實踐經驗的科技人員參考。

　　本書第1、3、6、8、9章由王茂編著，第2、4、5、7章由申立群編著，博士研究生孫光輝編寫了5.9節的主要內容，碩士研究生金海亮為本書第8章部分內容的編著提供了大量的基礎素材，魏延嶺、顧玥等幫助查閱了許多相關資料，並對初稿中的錯誤甄別進行了大量有益的工作。編著過程中，還得到了哈爾濱工業大學空間控制與慣性技術研究中心游文虎博士的大力支持和幫助。作者在此一並表示感謝。