计算机控制系统是将计算机技术与自动化控制系统融为一体，以计算机技术为核心，综合电子技术、自动控制技术、计算机网络技术、程序设计，从而实现生产过程的自动化、生产设备的信息化、生产管理的网络化。本书循序渐进地介绍了计算机控制系统的基本概念、分析方法和设计策略，以案例分析贯穿相关知识点的教学，突出工程特色。本书以工程教育为理念，围绕培养创新型工程人才这一目标，着重培养学生解决复杂工程问题的能力，将工程教育人才培养模式与教学内容改革成果体现在教材建设中，满足新工科背景下社会对工程技术人才的需求。　　全书共6章。第1章计算机控制系统概述，包括计算机控制系统的特征与组成、典型结构、未来发展趋势。第2章计算机控制系统的理论基础，包括离散系统的表示方法、稳定性分析、过渡响应分析、稳态准确度分析、根轨迹分析法等。第3章过程通道设计，主要包括模拟量输入/输出通道、数字量输入/输出通道、数字滤波与抗干扰设计等。第4章数字控制器设计与应用，主要包括数字控制器的模拟化设计、直接设计、时滞系统设计、串级控制、前馈_反馈控制、极点配置设计，以及二次型性能最优设计等。第5章网络控制系统，主要包括数据通信基础、集散控制系统、现场总线控制系统、工业以太网、EtherCAT总线及其案例设计等。第6章计算机控制系统设计，通过3个案例（分别以工业控制计算机、嵌入式系统、PLC为核心）剖析计算机控制系统的具体设计过程。　　本书建议授课学时为48学时，实验学时10学时，并要求先学习PLC、单片机原理与应用、模拟电子技术、数字电子技术、自动控制原理、C语言等课程。　　本书的第1～4章、第6章由潘天红编写，第5章由陈娇编写。盛占石、吴龙奇、舒杰、范志曜、孙雪雁、蔡洋等课题组成员为本书编写付出了大量的劳动，在此一并表示感谢。　　由于编者水平有限，书中可能存在错误和不妥之处，敬请读者批评指正。　　此外，若需要书中源程序代码、本书配套的电子课件和习题答案，可直接联系作者：thpan@live.com。　　编者

本书遵循*教指委相关指导文件和高等院校学生学习规律编写而成。践行四新理念，融入思政元素，注重理论与实践相结合。

??本书以培养大学生解决复杂工程问题能力为出发点，以满足新工科背景下社会对工程技术人才的需求为目标，着重强化大学生解决实际工程问题的能力。全书共6章，包括：计算机控制系统概述、计算机控制系统的理论基础、过程通道设计、数字控制器设计与应用、网络控制系统、计算机控制系统设计。本书内容丰富，以大量翔实的案例贯穿相关知识点，强调专业知识与工程实践相结合，具有较强的应用性。　　本书既可作为高等院校自动化、测控技术、电气工程及其自动化、计算机应用、电子信息、机电一体化等相关专业的教材，也可供有关教师、科研人员和工程技术人员学习参考。　　本书配有电子课件、习题答案及源程序代码，欢迎选用本书作教材的教师登录www.cmpedu.com注册后下载，或加微信13910750469

IEEE高级会员，中国自动化协会高级会员，现承担国家重大研发计划子项目、国家自然科学基金、江苏省重点研发计划、镇江市重点研发计划各1项；主持完成国家自然科学基金项目2项、江苏省自然科学基金1项、参与完成国家863计划项目、国家自然科学基金、江苏省工业攻关项目等10余项。在《IEEE Trans.系列汇刊》等发表学术论文100余篇（其中SCI/EI检索90余篇），授权美国发明专利2件、授权中国发明专利33件，获批计算机软件著作权8项，以第一完成人获省部级科学技术奖一等奖1项、二等奖2项。主讲课程本科：计算机控制技术、自动化专业概论、智能控制；研究生：过程控制。现为江苏省全英文精品课程《Embedded System》课程负责人。

目录前言第1章计算机控制系统概述1.1计算机控制系统概念1.2计算机控制系统组成1.2.1计算机控制系统硬件1.2.2计算机控制系统软件1.3通用控制器及其特点1.3.1单片微型计算机1.3.2可编程序控制器1.3.3工业控制计算机1.4计算机控制系统特点1.5计算机控制系统分类1.5.1操作指导控制系统1.5.2直接数字控制系统1.5.3监督计算机控制系统1.5.4分布式控制系统1.5.5现场总线控制系统1.6计算机控制系统发展概况与趋势1.6.1计算机控制系统发展概况1.6.2计算机控制系统发展趋势1.7本章小结习题与思考题第2章计算机控制系统的理论基础2.1概述2.2差分方程2.3z变换及其特性2.3.1定义2.3.2z变换的基本定理2.3.3z变换求解2.3.4z反变换2.4脉冲传递函数2.4.1脉冲传递函数定义2.4.2串联环节的脉冲传递函数2.4.3并联环节的脉冲传递函数2.4.4闭环系统的脉冲传递函数2.5离散系统的稳定性分析2.5.1s平面与z平面的映射关系2.5.2z平面的稳定性判据2.5.3Routh稳定性准则在离散系统中的应用2.6离散系统的过渡响应分析2.6.1离散系统动态性能指标2.6.2闭环实特征根对系统动态性能的影响2.6.3闭环复特征根对系统动态性能的影响2.6.4案例分析2.7离散系统的稳态准确度分析2.8离散系统的根轨迹分析法2.9本章小结习题与思考题第3章过程通道设计3.1概述3.2模拟量输入通道设计3.2.1模拟信号调理电路3.2.2多路转换器3.2.3采样保持器3.2.4A/D转换器3.2.5模拟量输入通道设计方法3.3模拟量输出通道设计3.3.1D/A转换器3.3.2模拟量输出通道设计方法3.4数字量输入/输出通道设计3.4.1缓冲器3.4.2锁存器3.4.3可编程并行I/O扩展接口3.4.4数字量输入通道的信号调理3.4.5数字量输出通道的信号驱动3.5脉冲量输入/输出通道设计3.6工业控制I/O接口板卡3.6.1模拟量输入板卡3.6.2模拟量输出板卡3.6.3数字量输入/输出板卡3.6.4脉冲量输入/输出板卡3.6.5实时工业以太网EtherCAT总线卡3.7数据处理与数字滤波3.7.1线性化处理3.7.2标度变换3.7.3数字滤波3.8过程通道的抗干扰措施3.8.1系统干扰与可靠性问题3.8.2共模干扰的抑制3.8.3串模干扰的抑制3.8.4长线传输干扰的抑制3.9本章小结习题与思考题第4章数字控制器设计与应用4.1数字PID控制算法4.1.1基本原理4.1.2数字PID控制器4.1.3案例分析4.2数字PID控制算法改进4.2.1积分饱和抑制4.2.2微分环节改进4.3数字PID控制器参数整定4.3.1采样周期的选择4.3.2凑试法4.3.3扩充临界比例度法4.3.4扩充响应曲线法4.3.5PID归一参数整定法4.3.6案例分析4.4最少拍控制器设计4.4.1最少拍控制律4.4.2最少拍控制系统的设计及仿真4.4.3最少拍无纹波系统的设计及仿真4.5纯滞后对象的控制算法4.5.1大林算法4.5.2史密斯预估控制算法4.6串级控制4.6.1串级控制的结构与原理4.6.2数字串级控制算法4.7前馈_反馈控制4.7.1前馈_反馈复合控制系统结构4.7.2前馈_反馈控制算法4.8基于状态空间模型的反馈控制器设计4.8.1输出反馈设计法4.8.2全状态反馈设计法4.9基于状态空间模型的极点配置设计4.9.1按极点配置设计控制律4.9.2按极点配置设计状态观测器4.9.3按极点配置设计控制器4.10二次型性能最优设计方法4.10.1LQR最优控制器设计4.10.2案例分析4.11本章小结习题与思考题第5章网络控制系统5.1数据通信基础5.1.1数据通信系统5.1.2数据通信方式的分类5.1.3通信控制网络体系结构5.2集散控制系统5.2.1集散控制系统发展概况5.2.2集散控制系统的体系结构5.2.3集散控制系统的特点5.2.4典型的集散控制系统5.3现场总线控制系统5.3.1现场总线5.3.2现场总线控制设备5.3.3现场总线控制系统的特点5.3.4五种典型现场总线5.4工业以太网5.5工业以太网现场总线EtherCAT5.5.1EtherCAT系统组成5.5.2EtherCAT数据帧结构5.5.3EtherCAT寻址方式和通信服务5.5.4EtherCAT分布时钟5.5.5EtherCAT通信模式5.5.6EtherCAT应用层协议5.6基于EtherCAT总线的案例设计5.6.1系统总体设计5.6.2EtherCAT通信电路设计5.6.3从站微处理器STM32接口电路设计5.6.4控制系统软件设计简介5.7本章小结习题与思考题第6章计算机控制系统设计6.1计算机控制系统设计的一般原则和步骤6.1.1系统设计的原则6.1.2系统设计的步骤6.2加热炉温度计算机控制系统设计6.2.1温度计算机控制系统的硬件设计6.2.2温度计算机控制系统的控制算法设计6.2.3温度计算机控制系统的软件设计6.3固态分层发酵计算机控制系统设计6.3.1温度检测装置硬件设计6.3.2翻醅机控制系统设计6.3.3计算机控制系统程序设计6.3.4云服务器的搭建6.4步进梁加热炉计算机控制系统设计6.4.1PLC系统硬件设计6.4.2控制方案设计6.4.3加热炉人机交互组态画面设计6.5本章小结习题与思考题附录附录A第2章使用的主要MATLAB函数附录B常用函数z变换表附录C常用控制系统离散化方法参考文献