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简介
本书全面、系统地阐述了计算机控制系统的结构、原理、设计和应用
技术。
全书共分11章，包括：计算机控制系统概述、线性离散系统的数学描
述和分析方法、计算机控制系统的多种控制算法、过程输入输出通道、网
络控制技术、控制软件设计、控制系统的计算机仿真以及计算机控制系统
的设计与工程实现等内容。本书注重了先进性、系统性和实用性。①增加
了内模控制、模型预测控制等先进控制内容；②加强了网络控制的内容；
③每章附有大量的实例，并增加大量MATLAB仿真等实践内容，以利于学生
实践能力、创新能力的培养和锻炼。
本书配有免费电子课件，欢迎选用本书作教材的老师索取，电子邮箱
：wbj@mail.machineinfo.gov.cn。
本书可作为高等院校自动化、电气工程、机械电子、计算机应用等专
业的高年级本科生教材和控制学科以及相关学科的研究生教材；也可供有
关技术人员参考和自学。
目录
前言
第1章 计算机控制系统概述
1.1 计算机控制系统的基本概念
1.2 计算机控制系统的组成
1.2.1 计算机控制系统硬件组成
1.2.2 计算机控制系统软件组成
1.2.3 计算机控制系统的特点
1.3 计算机控制系统的典型形式
1.3.1 数据采集和监视系统
1.3.2 直接数字控制系统
1.3.3 监督控制系统
1.3.4 集散控制系统
1.3.5 现场总线控制系统
1.4 计算机控制系统的性能及其指标
1.4.1 计算机控制系统的稳定性
1.4.2 计算机控制系统的能控性和能观测性
1.4.3 控制系统的动态指标
1.4.4 控制系统的稳态指标
1.4.5 控制系统的综合指标
1.5 计算机控制系统的发展趋势
本章小结
习题和思考题
第2章 线性离散系统的数学描述和分析方法
2.1 信号变换理论
2.1.1 连续信号的采样和量化
2.1.2 采样定理
2.1.3 采样信号的复现和采样保持器
2.2 线性离散系统的数学描述方法
2.2.1 差分方程的定义
2.2.2 差分方程的求解
2.3 线性离散系统的Z变换分析法
2.3.1 Z变换的定义
2.3.2 Z变换法
2.3.3 Z变换的基本定理
2.3.4 Z反变换
2.3.5 用Z变换解差分方程
2.4 脉冲传递函数
2.4.1 脉冲传递函数的概念
2.4.2 离散系统框图的变换
2.5 线性离散系统的稳定性分析
2.5.1 S平面到Z平面的变换
2.5.2 Z平面的稳定性条件
2.5.3 朱利稳定性判据
2.5.4 形变换的稳定性判据
2.6 线性离散系统的稳态误差分析
2.7 线性离散系统的动态响应分析
本章小结
习题和思考题
第3章 开环数字程序控制
3.1 数字程序控制基础
3.1.1 运动轨迹插补的基本原理
3.1.2 数字程序控制系统分类
3.2 逐点比较法插补原理
3.2.1 逐点比较法直线插补
3.2.2 逐点比较法圆弧插补
3.3 步进电动机控制技术
3.3.1 步进电动机工作原理
3.3.2 步进电动机的脉冲分配程序
3.3.3 步进电动机的速度控制程序
本章小结
习题和思考题
第4章 计算机控制系统的常规控制技术
4.1 数字PID控制
4.1.1 模拟PID调节器
4.1.2 数字PID控制器
4.1.3 数字PID控制算法的改进
4.1.4 数字PID控制器参数的整定
4.2 最少拍控制
4.2.1 最少拍控制的基本原理
4.2.2 闭环脉冲传递函数(Z)的结构设计
4.2.3 最少拍有纹波控制器的设计
4.2.4 最少拍无纹波控制器的设计
4.2.5 最少拍系统的改进措施
4.3 纯滞后控制
4.3.1 施密斯预估控制
4.3.2 达林算法
本章小结
习题和思考题
第5章 计算机控制系统的离散状态空间设计
5.1 状态空间描述的基本概念
5.1.1 离散时间系统的状态空间描述
5.1.2 离散时间系统的能控性
5.1.3 离散时间系统的能观性
5.2 采用状态空间模型的极点配置设计
5.2.1 按极点配置设计控制规律
5.2.2 按极点配置设计状态观测器
5.2.3 按极点配置设计控制器
5.3 采用状态空间模型的最优化设计
5.3.1 最优控制规律设计
5.3.2 状态最优估计器设计
5.3.3 LQG最优控制器设计
本章小结
习题和思考题
第6章 计算机控制系统的先进控制技术
6.1 内模控制
6.1.1 内模控制基本原理
6.1.2 内模控制器的设计
6.1.3 内模PID控制
6.1.4 内模控制的离散算式
6.1.5 内模控制的仿真实验
6.2 模型预测控制
6.2.1 模型预测控制基本原理
6.2.2 模型算法控制
6.2.3 动态矩阵控制
6.2.4 模型预测控制的工程设计
本章小结
思考题和习题
第7章 输入输出过程通道
7.1 过程通道的类型和功能
7.2 数字量输入输出通道
7.2.1 数字量输入通道
7.2.2 数字量输出通道
7.3 模拟量输入通道
7.3.1 模拟量输入通道的一般组成
7.3.2 模拟量输入通道中常用的器件和电路
7.3.3 模拟量输入通道设计
7.4 模拟量输出通道
7.4.1 模拟量输出通道的结构形式
7.4.2 模拟量输出通道中常用的器件和电路
7.4.3 模拟量输出通道设计
本章小结
习题和思考题
第8章 计算机网络控制
8.1 计算机工业网络基础
8.1.1 网络功能及分类
8.1.2 网络拓扑结构
8.1.3 传输介质
8.1.4 网络访问控制
8.1.5 信息交换技术
8.1.6 网络协议及其层次结构
8.1.7 网络互连
8.1.8 工业网络的选型考虑
8.2 计算机网络控制技术概述
8.2.1 控制网络的特点
8.2.2 控制网络与信息网络的区别
8.2.3 控制网络的类型及其相互关系
8.3 集散控制系统
8.3.1 集散控制系统的产生与发展
8.3.2 集散控制系统的特点
8.3.3 集散控制系统的体系结构
8.4 现场总线控制系统
8.4.1 现场总线控制系统概述
8.4.2 几种有影响的现场总线
……
第9章 计算机控制系统应用软件
第10章 控制系统计算机辅助设计与仿真
第11章 计算机控制系统的设计与工程实现
附录
参考文献
第1章 计算机控制系统概述
1.1 计算机控制系统的基本概念
1.2 计算机控制系统的组成
1.2.1 计算机控制系统硬件组成
1.2.2 计算机控制系统软件组成
1.2.3 计算机控制系统的特点
1.3 计算机控制系统的典型形式
1.3.1 数据采集和监视系统
1.3.2 直接数字控制系统
1.3.3 监督控制系统
1.3.4 集散控制系统
1.3.5 现场总线控制系统
1.4 计算机控制系统的性能及其指标
1.4.1 计算机控制系统的稳定性
1.4.2 计算机控制系统的能控性和能观测性
1.4.3 控制系统的动态指标
1.4.4 控制系统的稳态指标
1.4.5 控制系统的综合指标
1.5 计算机控制系统的发展趋势
本章小结
习题和思考题
第2章 线性离散系统的数学描述和分析方法
2.1 信号变换理论
2.1.1 连续信号的采样和量化
2.1.2 采样定理
2.1.3 采样信号的复现和采样保持器
2.2 线性离散系统的数学描述方法
2.2.1 差分方程的定义
2.2.2 差分方程的求解
2.3 线性离散系统的Z变换分析法
2.3.1 Z变换的定义
2.3.2 Z变换法
2.3.3 Z变换的基本定理
2.3.4 Z反变换
2.3.5 用Z变换解差分方程
2.4 脉冲传递函数
2.4.1 脉冲传递函数的概念
2.4.2 离散系统框图的变换
2.5 线性离散系统的稳定性分析
2.5.1 S平面到Z平面的变换
2.5.2 Z平面的稳定性条件
2.5.3 朱利稳定性判据
2.5.4 形变换的稳定性判据
2.6 线性离散系统的稳态误差分析
2.7 线性离散系统的动态响应分析
本章小结
习题和思考题
第3章 开环数字程序控制
3.1 数字程序控制基础
3.1.1 运动轨迹插补的基本原理
3.1.2 数字程序控制系统分类
3.2 逐点比较法插补原理
3.2.1 逐点比较法直线插补
3.2.2 逐点比较法圆弧插补
3.3 步进电动机控制技术
3.3.1 步进电动机工作原理
3.3.2 步进电动机的脉冲分配程序
3.3.3 步进电动机的速度控制程序
本章小结
习题和思考题
第4章 计算机控制系统的常规控制技术
4.1 数字PID控制
4.1.1 模拟PID调节器
4.1.2 数字PID控制器
4.1.3 数字PID控制算法的改进
4.1.4 数字PID控制器参数的整定
4.2 最少拍控制
4.2.1 最少拍控制的基本原理
4.2.2 闭环脉冲传递函数(Z)的结构设计
4.2.3 最少拍有纹波控制器的设计
4.2.4 最少拍无纹波控制器的设计
4.2.5 最少拍系统的改进措施
4.3 纯滞后控制
4.3.1 施密斯预估控制
4.3.2 达林算法
本章小结
习题和思考题
第5章 计算机控制系统的离散状态空间设计
5.1 状态空间描述的基本概念
5.1.1 离散时间系统的状态空间描述
5.1.2 离散时间系统的能控性
5.1.3 离散时间系统的能观性
5.2 采用状态空间模型的极点配置设计
5.2.1 按极点配置设计控制规律
5.2.2 按极点配置设计状态观测器
5.2.3 按极点配置设计控制器
5.3 采用状态空间模型的最优化设计
5.3.1 最优控制规律设计
5.3.2 状态最优估计器设计
5.3.3 LQG最优控制器设计
本章小结
习题和思考题
第6章 计算机控制系统的先进控制技术
6.1 内模控制
6.1.1 内模控制基本原理
6.1.2 内模控制器的设计
6.1.3 内模PID控制
6.1.4 内模控制的离散算式
6.1.5 内模控制的仿真实验
6.2 模型预测控制
6.2.1 模型预测控制基本原理
6.2.2 模型算法控制
6.2.3 动态矩阵控制
6.2.4 模型预测控制的工程设计
本章小结
思考题和习题
第7章 输入输出过程通道
7.1 过程通道的类型和功能
7.2 数字量输入输出通道
7.2.1 数字量输入通道
7.2.2 数字量输出通道
7.3 模拟量输入通道
7.3.1 模拟量输入通道的一般组成
7.3.2 模拟量输入通道中常用的器件和电路
7.3.3 模拟量输入通道设计
7.4 模拟量输出通道
7.4.1 模拟量输出通道的结构形式
7.4.2 模拟量输出通道中常用的器件和电路
7.4.3 模拟量输出通道设计
本章小结
习题和思考题
第8章 计算机网络控制
8.1 计算机工业网络基础
8.1.1 网络功能及分类
8.1.2 网络拓扑结构
8.1.3 传输介质
8.1.4 网络访问控制
8.1.5 信息交换技术
8.1.6 网络协议及其层次结构
8.1.7 网络互连
8.1.8 工业网络的选型考虑
8.2 计算机网络控制技术概述
8.2.1 控制网络的特点
8.2.2 控制网络与信息网络的区别
8.2.3 控制网络的类型及其相互关系
8.3 集散控制系统
8.3.1 集散控制系统的产生与发展
8.3.2 集散控制系统的特点
8.3.3 集散控制系统的体系结构
8.4 现场总线控制系统
8.4.1 现场总线控制系统概述
8.4.2 几种有影响的现场总线
……
第9章 计算机控制系统应用软件
第10章 控制系统计算机辅助设计与仿真
第11章 计算机控制系统的设计与工程实现
附录
参考文献
编著者还有：范多旺、魏文军、侯涛
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