1.本書從實(shí)際應(yīng)用的角度，較系統(tǒng)地介紹了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本知識(shí)及分析設(shè)計(jì)方法，在內(nèi)容安排上，注重基礎(chǔ)性、系統(tǒng)性和實(shí)用性，同時(shí)考慮計(jì)算機(jī)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展和應(yīng)用，書中對(duì)網(wǎng)絡(luò)化的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行了介紹。

2.本書在借鑒國內(nèi)外一些優(yōu)秀教材的基礎(chǔ)上，結(jié)合編者在該領(lǐng)域多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和科研成果，在內(nèi)容安排上，在考慮系統(tǒng)性的同時(shí)，注重基本理論和基本方法的介紹，易于閱讀和自學(xué)。

3.由于計(jì)算機(jī)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展和應(yīng)用，書中對(duì)網(wǎng)絡(luò)化的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行了簡單介紹。為了便于教學(xué)，書中安排了大量例題，每個(gè)例題都附有MATLAB的程序和計(jì)算結(jié)果。

計(jì)算機(jī)控制是自動(dòng)控制技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物。利用計(jì)算機(jī)快速強(qiáng)大的數(shù)值計(jì)算、邏輯判斷以及網(wǎng)絡(luò)連接等信息處理能力，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)比常規(guī)控制系統(tǒng)更復(fù)雜、更強(qiáng)大的控制功能。計(jì)算機(jī)技術(shù)在控制領(lǐng)域中的應(yīng)用，有力地推動(dòng)了自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，擴(kuò)展了自動(dòng)控制技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)中的應(yīng)用范圍，特別是使復(fù)雜的、大規(guī)模的自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展到了一個(gè)新階段。

20世紀(jì)80年代以來，國內(nèi)高校自動(dòng)控制系高年級(jí)本科生陸續(xù)開設(shè)了計(jì)算機(jī)控制的課程，并先后出版了一批各具特色的計(jì)算機(jī)控制方面的教材，這些教材在計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的教學(xué)和工程應(yīng)用中發(fā)揮了重要作用。本書在借鑒國內(nèi)外一些優(yōu)秀教材的基礎(chǔ)上，結(jié)合編者在該領(lǐng)域多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和科研成果，在內(nèi)容安排上，在考慮系統(tǒng)性的同時(shí)，注重基本理論和基本方法的介紹，易于閱讀和自學(xué)。另外，由于計(jì)算機(jī)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展和應(yīng)用，書中對(duì)網(wǎng)絡(luò)化的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行了簡單介紹。為了便于教學(xué)，書中安排了大量例題，每個(gè)例題都附有MATLAB的程序和計(jì)算結(jié)果。

全書共分十章。第1章概述了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)、組成分類，介紹了現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用情況，分析計(jì)算機(jī)控制理論的發(fā)展歷程和發(fā)展趨勢。第2章和第3章講述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件和數(shù)學(xué)基礎(chǔ)方面的知識(shí)，過程I/O、信號(hào)采樣過程及其數(shù)學(xué)描述、采樣定理及采樣頻率的選擇、信號(hào)的恢復(fù)和保持器以及數(shù)字濾波的相關(guān)知識(shí)。第4章講述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)分析。第5章著重闡述各種離散化方法、PID數(shù)字控制器的改進(jìn)以及PID控制器的參數(shù)整定方法。第6章介紹了幾種常見的離散化設(shè)計(jì)方法，包括最少拍設(shè)計(jì)、根軌跡設(shè)計(jì)以及針對(duì)具有純滯后特性對(duì)象的大林算法、史密斯預(yù)估算法等。第7章簡述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間特性及設(shè)計(jì)方法。第8章簡要介紹總線式工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、PLC、PC104、可編程調(diào)節(jié)器、DCS的特點(diǎn)和基本結(jié)構(gòu)，為今后進(jìn)一步應(yīng)用打下基礎(chǔ)。第9章以CAN總線為對(duì)象，介紹了CAN的通信協(xié)議、CAN控制器和驅(qū)動(dòng)器的原理及應(yīng)用，最后給出了基于單片機(jī)的CAN智能節(jié)點(diǎn)的硬件結(jié)構(gòu)和程序。第10章介紹計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則、設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法和抗干擾措施等，給出幾個(gè)傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例。

本書可用高等院校電子信息類、電氣工程類、機(jī)械電子類、儀器儀表類及相關(guān)專業(yè)本科生的教材和教師參考書，也可作為相關(guān)領(lǐng)域的工程技術(shù)人員的參考書。本書內(nèi)容可按54學(xué)時(shí)進(jìn)行教學(xué)安排，如果課時(shí)數(shù)只有36學(xué)時(shí)，可以重點(diǎn)講授前6章、第8章和第10章。

本書的第2、3章和第8章的部分由李迅副教授編寫，第4、6章由劉建斌副教授編寫，其余章節(jié)和全書統(tǒng)稿由龍志強(qiáng)教授完成。鄒逢興教授仔細(xì)審閱修改了全書，并提出許多寶貴建設(shè)性意見，李云鋼副教授參加了第7章前期編寫，陳慧星博士、張志洲博士、李壯博士和李小龍博士為整理、打印書稿付出了辛勤勞動(dòng)，本書在編寫過程學(xué)習(xí)和汲取了部分國內(nèi)外有關(guān)教材的內(nèi)容，在此一并致謝。

由于編者知識(shí)水平有限，書中難免有不妥或錯(cuò)誤之處，誠請(qǐng)讀者批評(píng)指正。

編者

2007年1月

總序
前言
第1章 緒論 1
1.1 概述 2
1.1.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的概念 2
1.1.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn) 2
1.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成 3
1.2.1 硬件系統(tǒng)組成 3
1.2.2 軟件系統(tǒng)組成 4
1.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的類型 5
1.3.1 按功能及結(jié)構(gòu)分類 5
1.3.2 按控制規(guī)律分類 9
1.4 控制網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng) 10
1.4.1 控制網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場總線 10
1.4.2 網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng) 11
1.4.3 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn) 12
1.5 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展歷程及趨勢 13
1.5.1 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展歷程 13
1.5.2 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展趨勢 14
思考題與習(xí)題 14
第2章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ) 17
2.1 過程通道技術(shù) 18
2.1.1 模擬量輸入輸出通道 18
2.1.2 數(shù)字量輸入輸出通道 22
2.2 采樣過程及其數(shù)學(xué)描述 23
2.2.1 采樣過程概述 23
2.2.2 信號(hào)采樣 24
2.2.3 采樣過程的數(shù)學(xué)描述 24
2.3 采樣定理及采樣頻率的選擇 27
2.3.1 采樣定理 27
2.3.2 采樣周期T的選定 27
2.4 信號(hào)的恢復(fù)及保持器 29
2.4.1 信號(hào)的恢復(fù) 29
2.4.2 零階保持器 29
2.4.3 一階保持器 31
2.5 數(shù)字濾波 32
2.5.1 死區(qū)處理方法 33
2.5.2 算術(shù)平均濾波方法 33
2.5.3 中值濾波方法 33
2.5.4 一階低通濾波方法 33
思考題與習(xí)題 34
第3章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ) 35
3.1 Z變換的定義 36
3.2 Z變換的性質(zhì) 37
3.3 Z反變換 43
3.3.1 長除法 43
3.3.2 部分分式展開法 44
3.3.3 留數(shù)計(jì)算法 45
3.4 離散系統(tǒng)的差分方程及其求解 47
3.5 Z傳遞函數(shù) 48
3.5.1 開環(huán)傳遞函數(shù) 49
3.5.2 閉環(huán)傳遞函數(shù) 50
思考題與習(xí)題 53
第4章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分析 55
4.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 56
4.1.1 線性離散控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性條件 56
4.1.2 線性離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性判據(jù) 58
4.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過程 64
4.2.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)過程 64
4.2.2 含有滯后環(huán)節(jié)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的輸出響應(yīng) 68
4.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差 69
4.3.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差分析 69
4.3.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)干擾輸入信號(hào)的響應(yīng) 71
4.4 離散系統(tǒng)根軌跡 73
思考題與習(xí)題 76
第5章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的間接設(shè)計(jì)法 79
5.1 離散與連續(xù)等效設(shè)計(jì)的基本步驟 80
5.2 離散與連續(xù)等效設(shè)計(jì)方法 80
5.2.1 連續(xù)系統(tǒng)離散化方法 81
5.2.2 離散與連續(xù)等效的設(shè)計(jì)舉例 90
5.3 數(shù)字PID控制器設(shè)計(jì) 92
5.3.1 PID控制原理 92
5.3.2 數(shù)字PID控制算法 92
5.4 改進(jìn)的數(shù)字PID控制算法 94
5.4.1 積分分離PID控制算法 94
5.4.2 遇限削弱積分PID控制算法 95
5.4.3 不完全微分PID控制算法 95
5.4.4 微分先行PID控制算法 97
5.4.5 帶死區(qū)的PID控制算法 97
5.5 數(shù)字PID控制器的參數(shù)整定 97
5.5.1 PID控制器參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響分析 98
5.5.2 試湊法確定PID控制器參數(shù) 98
5.5.3 工程整定法確定PID控制器參數(shù) 99
思考題與習(xí)題 101
第6章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的直接設(shè)計(jì)法 103
6.1 最少拍控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 104
6.1.1 被控對(duì)象穩(wěn)定且不包含純滯后環(huán)節(jié)的最少拍控制器設(shè)計(jì) 104
6.1.2 一般被控對(duì)象的最少拍控制器設(shè)計(jì) 106
6.1.3 最少拍無紋波控制器設(shè)計(jì) 110
6.2 數(shù)字控制器的根軌跡設(shè)計(jì)法 112
6.2.1 離散系統(tǒng)的根軌跡 112
6.2.2 離散系統(tǒng)根軌跡設(shè)計(jì) 113
6.3 純滯后系統(tǒng)對(duì)象的控制算法——大林（Dahlin）算法 116
6.4 史密斯（Smith）預(yù)估器 121
思考題與習(xí)題 123
第7章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間設(shè)計(jì) 125
7.1 離散系統(tǒng)狀態(tài)空間描述 126
7.1.1 差分方程化為狀態(tài)空間描述 126
7.1.2 脈沖傳遞函數(shù)化為狀態(tài)空間描述 127
7.1.3 離散系統(tǒng)狀態(tài)方程求解 128
7.1.4 連續(xù)系統(tǒng)的離散化 131
7.2 離散系統(tǒng)的能控性和能觀性 133
7.2.1 離散系統(tǒng)的能控性 133
7.2.2 離散系統(tǒng)的能觀性 134
7.2.3 離散系統(tǒng)能控能觀性與采樣周期的關(guān)系 135
7.3 離散系統(tǒng)的狀態(tài)反饋控制器設(shè)計(jì) 135
7.3.1 狀態(tài)反饋控制 136
7.3.2 單輸入離散系統(tǒng)的極點(diǎn)配置 136
7.4 離散系統(tǒng)的狀態(tài)觀測器設(shè)計(jì) 138
7.4.1 系統(tǒng)狀態(tài)的開環(huán)估計(jì) 138
7.4.2 全維狀態(tài)觀測器設(shè)計(jì) 139
7.4.3 降維狀態(tài)觀測器設(shè)計(jì) 142
7.5 帶狀態(tài)觀測器的離散系統(tǒng)調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì) 143
思考題與習(xí)題 145
第8章 典型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與組成 147
8.1 總線式工業(yè)控制計(jì)算機(jī) 148
8.1.1 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)概述 148
8.1.2 工業(yè)PC機(jī)的特點(diǎn)與結(jié)構(gòu) 149
8.1.3 CompactPCI機(jī)的特點(diǎn)與結(jié)構(gòu) 150
8.2 基于可編程控制器（PLC）的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 151
8.2.1 PLC概述 151
8.2.2 PLC硬件組成及功能 152
8.2.3 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 153
8.3 基于嵌入式PC/104總線的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 155
8.4 基于單片機(jī)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 155
8.4.1 單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述 155
8.4.2 單片機(jī)在單回路數(shù)字調(diào)節(jié)器中的應(yīng)用 156
8.5 集散控制系統(tǒng) 157
8.5.1 DCS概述 157
8.5.2 DCS的組成與結(jié)構(gòu) 158
思考題與習(xí)題 159
第9章 控制器局域網(wǎng)（CAN）通信技術(shù) 161
9.1 概述 162
9.1.1 CAN通信的技術(shù)特點(diǎn) 162
9.1.2 CAN通信的技術(shù)優(yōu)點(diǎn) 163
9.2 CAN通信技術(shù)協(xié)議 163
9.2.1 CAN的通信參考模型 164
9.2.2 CAN報(bào)文的傳送和幀結(jié)構(gòu) 164
9.2.3 CAN報(bào)文的編碼、濾波和校驗(yàn) 170
9.2.4 CAN錯(cuò)誤類型和界定 170
9.2.5 CAN的位定時(shí)與同步技術(shù) 171
9.3 CAN總線控制器SJA1000 173
9.3.1 SJA1000概述 173
9.3.2 SJA1000的基本模式（BasicCAN） 175
9.3.3 基本模式下的控制寄存器 176
9.3.4 基本模式下的數(shù)據(jù)段寄存器 178
9.3.5 兩種模式下的公共寄存器及其說明 179
9.3.6 SJA1000的擴(kuò)展模式 183
9.4 CAN總線驅(qū)動(dòng)器PCA82C250 183
9.4.1 PCA82C250概述 183
9.4.2 PCA82C250的典型應(yīng)用 185
9.5 基于8051單片機(jī)的CAN智能節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) 187
9.5.1 硬件設(shè)計(jì) 187
9.5.2 軟件設(shè)計(jì) 188
思考題與習(xí)題 189
第10章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用 191
10.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則 192
10.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 193
10.2.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) 193
10.2.2 硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 194
10.2.3 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 195
10.2.4 控制系統(tǒng)的調(diào)試與運(yùn)行 195
10.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的抗干擾措施 197
10.3.1 控制系統(tǒng)的抗干擾措施 197
10.3.2 軟件設(shè)計(jì)的可靠措施 198
10.4 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例 198
10.4.1 水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng) 198
10.4.2 油庫罐區(qū)二級(jí)微機(jī)監(jiān)控管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 201
思考題與習(xí)題 204
參考文獻(xiàn) 205

1. 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝與調(diào)試 [主編 田浩鵬]
2. 計(jì)算機(jī)控制技術(shù) [劉福榮 主 編 ]
3. 計(jì)算機(jī)控制技術(shù) [主 編 劉福榮]
4. 自動(dòng)控制原理實(shí)踐教程 [彭學(xué)鋒 等編著]
5. 計(jì)算機(jī)控制與仿真技術(shù) [楊立 主編]
6. 計(jì)算機(jī)控制與仿真技術(shù)（第二版） [楊立 主編]