本书强调系统的组建，重点讨论线性控制、非线性控制与智能等控制策略。在硬件上，重点讲授计算机控制系统的专用接口，电磁兼容技术；在软件上，讲授数字控制算法的表达及其实现步骤，同时，例题具有清晰地思路和具体的方法。本书可作为高等学校自动化、电气技术、机电一体化、计算机应用及其他相关专业的本科生及研究生的教材；

本书共14章，主要内容有：计算机控制系统基础理论；模糊控制、离散滑模变结构控制、离散状态空间设计法(极点配置法、最优控制)、PID及其改进方法、数字控制器直接设计法等基于被控对象模型或不依赖被控对象模型的智能控制、非线性控制与线性控制策略及其算法；工控机、PLC、DSP、单片机、删等控制用计算机及其应用实例，阐述如何构建和实现计算机控制系统(设计方法、接口技术、电磁兼容技术、现场总线技术、组态技术等)；；基础实验指导。

本书注重计算机控制系统的整体性，基本原理的物理概念、方法和技术的工程应用，不仅给出理论结果，而且简要地给出实用的算法步骤、仿真工具的应用和典型例子。

本书可作为高等学校自动化、电气技术、机电一体化、计算机应用及其他相关专业的本科生及研究生的教材；对于广大的工程技术人员，也是一本非常有价值的参考书和培训教材。

先修课程：微机原理及应用、软件技术基础和自动控制原理。

前言

第1章 概论

 1．1 计算机控制系统的基本原理与组成

1．1．1 计算机控制系统的基本原理

1．1．2 计算机控制系统的组成

 1．2 计算机控制系统的分类

1．2．1 按控制方式分类

1．2．2 按功能和系统构成分类

1．2．3 按控制规律分类

 1．3 计算机控制系统的发展

1．3．1 计算机技术对控制技术的影响

1．3．2 计算机控制理论的发展

1．3．3 计算机控制系统的发展趋势

 习题

第2章 计算机控制系统的分析

 2．1 计算机控制系统中信号的变换

2．1．1 模数转换(ADC)与采样定理

 2．1．1．1 采样定理

 2．1．1．2 采样信号的量化与编码

2．1．2 数模转换器(DAC)与零阶保持器

 2．1．2．1 DAC

 2．1．2．2 保持器

2．1．3 计算机控制系统的简化框图

 2．2 计算机控制系统的z传递函数

2．2．1 数字控制器的z传递函数

 2．2．1．1 在z域中设计的数字控制器的z传递函数

 2．2．1．2 在s域中设计的数字控制器的z传递函数

2．2．2 连续部分的z传递函数

2．2．3 闭环z传递函数

 2．3 计算机控制系统的特性分析

2．3．1稳定性

 2．3．1．1 s域到z域的变换

 2．3．1．2 线性定常离散系统稳定的充分必要条件

 2．3．1．3 采样周期对闭环系统稳定性的影响

 2．3．1．4 离散系统的稳定性判据

2．3．2 稳态误差

2．3．3 动态性能

 2．3．3．1 离散系统的时间响应

 2．3．3．2 闭环极点与动态响应的关系

习题

第3章 数字PID控制器

 3．1 P ID控制算法

3．1．1 模拟PII)调节器

 3．1．1．1 比例调节器

 3．1．1．2 比例积分调节器

 3．1．1．3 比例积分微分调节器

3．1．2 数字PII)控制算法

 3．1．2．1 数字PII)位置算式

 3．1．2．2 数字PID增量算式

 3．1．2．3 增量算式和位置算式比较 

 3．2 标准PID控制算法的改进

3．2．1 “饱和”作用的抑制

 3．2．1．1 PII)位置算式积分饱和的抑制 

 3．2．1．2 微分饱和的作用及抑制不完全微分法

3．2．2 干扰的抑制

 3．2．2．1 算术平均滤波

 3．2．2．2 阶惯性滤波

 3．2．2．3 四点中心差分法

3．2．3 给定值突变时增加控制量阻尼的算法

 3．2．3．1 前置滤波．

 3．2．3．2 微分先行PID

 3．2．3．3 IPD控制

3．2．4 其他修改算法

 3．2．4．1 PID增量算式中动态过程的加速

 3．2．4．2 消除积分不灵敏区的PID控制 

 3．2．4．3 梯形积分

 3．3 非线性PID控制器

3．3．1 带死区的：PID控制算法

3．3．2 时间最优：PID控制

 3．4 数字PID控制器参数的整定

3．4．1 整定的基本步骤

3．4．2 经验法

3．4．3 实验法

 3．4．3．1 扩充临界比例法

 3．4．3．2 阶跃曲线法“

3．4．4 参数的自整定

 3．4．4．1 自校正调节器

 3．4．4．2 极限环法(继电型自整定)

3．4．5 PID参数寻优

3．4．6 采样周期的选择

 3．5 纯滞后的补偿—Smith预估补偿

 3．6 PID串级控制

3．6．1 串级控制系统的分析

3．6．2 数字PID串级控制系统

3．6．3 主、副调节器控制规律的选择

3．6．4 串级调节器整定方法

3．6．5 副回路微分先行串级控制

习题

第4章 数字控制器的直接设计方法

 4．1 数字控制器的直接设计步骤

 4．2 最少拍随动系统设计(最少拍有波纹控制器设计)

4．2．1 最少拍闭环z传递函数

4．2．2 最少拍控制器的可实现性

4．2．3 最少拍设计的稳定性考虑

 4．3 有限拍无纹波随动系统设计

4．3．1 纹波产生的原因

4．3．2 有限拍无纹波设计

 4．4 惯性因子法

4．4．1 有限拍系统的局限性

4．4．2 惯性因子法

 4．5 大林算法

4．5．1 大林算法的基本形式

4．5．2 振铃的强弱及振铃消除方法

习题

第5章 基于状态空间模型的设计法

 5．1 控制系统的离散状态空间描述

5．1．1 连续系统的精确离散化概述

5．1．2 线性系统的离散化

5．1．3 类仿射非线性系统的精确离散化

5．1．4 离散系统的解

 5．2 离散系统的能控性、能观性与稳定性

5．2．1 离散系统的可控性

5．2．2 离散系统的可观性

5．2．3 稳定性分析

 5．2．3．1基于状态空间模型的外部稳定性判别

 5．2．3．2 Liapunov稳定性

 5．3 极点配置设计法

5．3．1 基于极点配置的状态反馈控制律设计

 5．3．1．1 单输入单输出系统的极点配置

 5．3．1．2 多输入多输出系统的极点配置

5．3．2 基于极点配置的观测器设计

 5．3．2．1 全维观测器的设计

 5．3．2．2 降维观测器的设计

5．3．3 基于极点配置的控制器设计

 5．3．3．1 比例控制器设计

 5．3．3．2 积分控制设计

 5．4 线性二次型最优控制

5．4．1 LQR问题的描述

5．4．2 二次型性能指标函数的离散化

5．4．3 LQR最优控制律计算

5．4．4 LQR与Liapunov最优状态反馈设计的关系

5．4．5 LQ设计与极点配置设计的比较

 习题

第6章 滑模变结构控制

 6．1 滑模变结构控制的基本原理

6．1．1 控制系统的相轨迹

6．1．2 变结构控制

6．1．3 滑模变结构控制系统的动态品质和稳定性分析

 6．1．3．1 滑动模态

 6．1．3．2 滑动模态的存在性及可达性

 6．1．3．3 滑模变结构控制系统的动态品质

 6．1．3．4 滑模运动的稳定性分析

6．1．4 滑模控制器的基本设计方法

 6．1．4．1 控制策略

 6．1．4．2 单输入二阶滑模变结构控制系统的设计实例

 6．2 离散系统的滑模变结构控制

6．2．1 离散滑动模态的存在性及可达性

6．2．2 等效控制

6．2．3 离散滑模变结构控制策略

 6．2．3．1 基于等效控制的离散滑模控制

 6．2．3．2 基于趋近率的离散滑模控制

6．2．4 离散系统滑模变结构控制系统的设计步骤

 6．3 滑模变结构控制系统的抖振问题

6．3．1 造成抖振的因素分析

6．3．2 各种引起抖振的因素及其特点

6．3．3 削弱抖振的方法

 习题

第7章 模糊控制

 7．1模糊控制的数学基础

7．1．1 模糊集合

 7．1．1．1 模糊集合的定义

 7．1．1．2 模糊集合的表示方法

 7．1．1．3 模糊集合的运算

 7．1．1．4 隶属函数

7．1．2 模糊关系与模糊矩阵

 7．1．2．1 模糊关系

 7．1．2．2 模糊矩阵

7．1．3 模糊逻辑与模糊推理

 7．1．3．1 模糊命题

 7．1．3．2 模糊逻辑

 7．1．3．3 模糊蕴涵关系

 7．1．3．4 模糊推理

 7．2 模糊控制系统

7．2．1 模糊控制的基本原理

 7．2．1．1 模糊控制原理

 7．2．1．2 模糊控制器的组成

 7．2．1．3 模糊控制系统的工作原理

 7．2．1．4 模糊控制器的结构

7．2．2 模糊控制系统的分类

7．2．3 模糊控制器设计的基本方法

 7．2．3．1 模糊控制器的设计步骤

 7．2．3．2 模糊控制器的设计举例

 7．3 从实例中看模糊控制

7．3．1 基于Marndani模糊推理的温度和压力过程控制

7．3．2 洗衣机洗涤时间的自动调节设计

7．3．3 模糊自适应整定PID)控制

7．3．4 基于Sugeno模糊推理的倒立摆模糊控制

 7．4 模糊集成控制

 7．5 模糊控制的优点及所面临的主要任务

 习题

第8章 数控技术

 8．1 数控的基本概念

8．1．1 顺序控制

8．1．2 数字程序控制

 8．2 逐点比较法插补原理

8．2．1 逐点比较法直线插补运算

8．2．2 逐点比较法圆弧插补运算

 8．3 步进电动机控制技术

8．3．1 步进电动机的工作原理

8．3．2 步进电动机的控制系统

8．3．3 步进电动机走步程序设计

 习题

第9章 控制用计算机简介

 9．1工业控制计算机

9．1．1 工控机的特点

9．1．2 工控机系统的组成

9．1．3 工控机总线介绍

 9．2 可编程序控制器(PLC) 

9．2．1 PLC的基本组成

9．2．2 PLC的工作原理

9．2．3 PLC控制系统 

 9．3 单片机

9．3．1 单片机控制系统

9．3．2 ATMEL5l系列单片机简介

 9．4 数字信号处理器(DSP) 

9．4．1 DSP芯片概述

9．4．2 DSP芯片的基本结构

9．4．3 TMS320C2000系列DSP简介

 9．5 ARM处理器

9．5．1 ARM处理器概述

9．5．2 ARM体系结构

9．5．3 三星S3C44BOX处理器简介

 习题

第10 章过程通道

 10．1 过程通道的作用

 10．2 模拟量输出通道

10．2．1 模拟量输出通道的结构形式 

10．2．2 D／A转换器

 10．2．2．1 D／A转换器性能指标 

 10．2．2．2 双极性模拟量输出的实现

 10．2．2．3 D／A转换器与计算机(微处理器)的接口

 10．3 模拟量输入通道

10．3．1 信号处理器

10．3．2 多路转换器(多路开关)

10．3．3 放大器

10．3．4 采样保持器

10．3．5 A／D转换器

 10．3．5．1 A／D转换器性能指标 

 10．3．5．2 输入模拟电压的连接

 10．3．5．3 A／D输出与计算机(微处理器)的连接

 10．4 开关量(数字量)输入输出通道

10．4．1 数字量输入调理

10．4．2 数字量输出调理

 10．5 过程通道的抗干扰技术

10．5．1 数字滤波技术

10．5．2 开关量的软件抗干扰技术

10．5．3 指令冗余技术

10．5．4 软件陷阱技术

 习题

第ll章 控制网络技术

 11．1 控制网络与信息网络的区别

 11．2 控制网络体系结构

 11．3 分级递阶控制策略

11．3．1 分解协调的基本原理

11．3．2 多目标最优决策

 11．4 控制网络配置结构

11．4．1 控制网络的硬件体系

11．4．2 控制网络的组态软件

 11．5 局部控制网络

11．5．1 拓扑结构

11．5．2 信道访问控制方式

11．5．3 传输介质

11．5．4 接口 

 11．6 现场总线技术

11．6．1 现场总线的技术特点

11．6．2 现场总线的通信标准

11．6．3 几种有影响的现场总线

 11．7 基于Internet的远程控制

第12章 计算机控制系统的电磁兼容技术

 12．1 电磁兼容概述

12．1．1 干扰源及其作用形式

12．1．2 干扰的传播途径

 12．1．2．1 传导耦合

 12．1．2．2 辐射耦合

 12．2 电磁干扰抑制技术

12．2．1 滤波 

12．2．2 屏蔽 

 12．2．2．1 静电屏蔽

 12．2．2．2 电磁屏蔽

12．2．3 接地

 12．2．3．1 单点接地

 12．2．3．2 多点接地

 12．2．3．3 混合接地

12．2．4 隔离 

 12．3 信号的长线传输

12．3．1 串扰噪声

12．3．2 信号反射

 习题

第13章 计算机控制系统设计

 13．1 计算机控制系统设计的基本要求和特点

13．1．1 系统设计的基本要求

13．1．2 系统设计的特点

 13．2 系统设计的般步骤

13．2．1 确定任务

13．2．2 建模和控制方法确定

13．2．3 总体方案设计

13．2．4 硬件和软件的具体设计

13．2．5 软硬件联调

13．2．6 离线仿真—实验室模拟运行

13．2．7 现场调试、试运行

13．2．8 验收或鉴定—系统性能评估

 13．3 计算机控制系统设计实例

13．3．1 啤酒发酵过程计算机控制系统

13．3．2 高精度位置伺服系统

13．3．3 教学演示型大学智能机器人

习题

第14章 实验

 14．1 实验装置简介

 14．2 计算机算法编程指导

14．2．1 样本算法的修改

14．2．2 新实验算法的实现

 14．3 A／I)和D／A卡调试说明

 14．4 计算机控制系统典型实验

14．4．1 D／A转换实验

14．4．2 A／I)转换实验

14．4．3 数字PID控制

14．4．4 状态反馈与状态观测器

14．4．5 数字滤波器实验

14．4．6 大林算法实验

 14．5 对实际对象的控制实验

14．5．1 炉温控制实验

14．5．2 电动机调速实验

14．5．3 步进电动机控制实验

附录 常用函数的拉氏变换和z变换表

参考文献