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第1章 绪论1

1.1计算机控制系统的一般概念1

1.2计算机控制系统的组成3

1.2.1被控对象3

1.2.2执行器5

1.2.3测量环节5

1.2.4数字调节器与输入、输出接口6

1.3计算机控制系统的分类8

1.3.1数据采集与处理系统8

1.3.2直接数字控制9

1.3.3集散控制系统10

1.3.4多级递阶控制系统11

1.4计算机控制的研究范围和发展趋势12

习题12

第2章 控制计算机的结构和通道接口13

2.1控制计算机的结构及特点13

2.1.1控制计算机结构13

2.1.2控制计算机总线15

2.1.3控制计算机的特点19

2.2接口和通道技术19

2.2.1计算机对外围通道的控制20

2.2.2模拟量的输入输出通道26

2.2.3数字量的输入输出通道31

2.2.4 A／D、D／A转换器及其接口技术34

2.2.5抗干扰技术40

习题49

第3章 采样与z变换定理50

3.1采样过程与采样定理50

3.1.1采样过程50

3.1.2采样定理及其分析52

3.1.3采样保持结构56

3.1.4采样频率的选取62

3.2 z变换的定义、性质和定理64

3.2.1 z变换的定义64

3.2.2 z变换的性质和定理72

3.3 z反变换87

3.4用z变换求解差分方程93

习题95

第4章 线性离散系统的描述与分析98

4.1线性离散系统的差分方程描述98

4.2 z传递函数100

4.2.1 z传递函数的定义100

4.2.2由系统的差分方程求其z传递函数101

4.2.3一般环节的z传递函数的计算102

4.3离散状态空间表达式112

4.3.1状态变量与状态空间表达式112

4.3.2由差分方程求离散状态空间表达式114

4.3.3由z传递函数求离散状态空间表达式118

4.3.4线性离散系统的z传递矩阵126

4.3.5线性离散系统的z特征方程127

4.3.6关于状态实现的进一步讨论128

4.3.7计算机控制系统的离散状态空间表达式129

4.3.8线性离散状态方程的求解133

4.4线性离散系统的稳定性分析136

4.4.1离散系统稳定性条件136

4.4.2s平面与z平面的映射关系138

4.4.3线性离散系统的稳定性判据139

4.5离散系统的误差分析156

4.5.1对参考输入的静态系统误差156

4.5.2离散系统的静态误差与对应的连续系统的关系159

4.5.3离散系统误差级数和对应的动态误差系数161

4.5.4对于干扰输入的静态系统误差162

习题163

第5章 计算机控制系统的模拟化设计法168

5.1模拟化设计与离散化设计168

5.2模拟控制器的近似离散化170

5.2.1基于脉冲响应的方法170

5.2.2基于变量代换的方法172

5.2.3设计举例178

5.3数字PID控制器的设计182

5.3.1数字PID控制器182

5.3.2数字PID控制的改进算法184

5.3.3数字PID控制器参数的选择188

5.4纯时延系统的计算机控制192

5.4.1大林控制器193

5.4.2 Smith控制器195

习题200

第6章 计算机控制系统的离散化设计法202

6.1离散化设计的基本步骤202

6.2最小拍控制系统的设计203

6.2.1最小拍系统设计准则203

6.2.2最小拍有纹波系统φ（z）的确定方法204

6.2.3最小拍有纹波系统响应特性211

6.3最小拍无纹波系统的设计214

6.3.1最小拍无纹波系统的必要条件214

6.3.2最小拍无纹波系统φ（z）的确定方法214

6.3.3最小拍无纹波系统的响应特性217

6.4改进的最小拍设计219

6.4.1数字控制器的切换设计219

6.4.2折中设计法220

6.4.3最小均方误差设计221

6.5具有干扰的最小拍系统设计223

6.5.1最小拍系统对干扰的抑制性224

6.5.2复合控制系统设计226

6.6极点配置设计228

6.6.1简单反馈控制系统的极点配置设计228

6.6.2前馈、反馈结构的极点配置设计231

6.7输出最小方差控制系统设计235

6.7.1设计问题的描述236

6.7.2输出最小方差控制237

6.7.3对象具有单位圆外零点的最小方差控制239

6.8伯德图与根轨迹设计法242

6.8.1数字控制器的伯德图设计法242

6.8.2数字控制器的根轨迹设计法246

习题249

第7章 计算机控制系统的状态空间设计法253

7.1输出反馈设计法253

7.1.1连续状态方程的离散化254

7.1.2最小拍系统的跟踪条件254

7.1.3输出反馈法的设计步骤255

7.2基于状态空间的极点配置设计260

7.2.1状态反馈极点配置设计260

7.2.2按极点配置设计状态观测器268

7.2.3用观测状态反馈的控制器设计273

7.3基于状态空间的最优化设计277

7.3.1 LQ最优控制设计277

7.3.2状态最优估计器设计283

7.3.3 LQG最优控制器设计289

习题291

第8章 计算机复杂控制系统的设计294

8.1串级控制系统294

8.1.1串级控制系统的组成和工作原理294

8.1.2串级控制系统的功能和特点296

8.1.3串级控制系统的应用范围300

8.1.4串级控制的设计和实施中的一些问题301

8.1.5计算机串级控制系统302

8.1.6串级控制系统的设计原则305

8.1.7多回路串级控制系统305

8.2前馈控制系统306

8.2.1前馈控制的原理306

8.2.2前馈控制系统设计中的若干问题312

8.2.3计算机前馈控制系统314

8.2.4前馈控制系统设计原则316

8.2.5前馈调节器参数的整定316

8.3解耦控制319

8.3.1解耦控制原理319

8.3.2解耦控制系统的设计320

8.3.3计算机解耦控制324

8.4比值控制和分程控制328

8.4.1比值控制系统328

8.4.2分程控制系统331

8.5均匀控制和选择性控制333

8.5.1均匀控制333

8.5.2选择性控制335

8.6模糊控制337

8.6.1模糊控制的数学基础337

8.6.2模糊控制基本原理340

8.6.3模糊控制器的设计345

习题347

第9章 计算机分布式控制系统简介349

9.1DCS的结构与组成349

9.2DCS的操作站和工程师站351

9.2.1操作站351

9.2.2工程师站351

9.3 DCS的控制站和监视站354

9.3.1参数控制354

9.3.2状态控制356

9.3.3数据监测356

9.4 DCS的数据通信358

9.4.1数据通信网络的拓扑结构358

9.4.2数据通信网络的控制359

9.4.3数据通信网络的组成360

9.4.4局域网络通信协议361

9.5 DCS面临的挑战及发展方向365

习题366

第10章 计算机控制系统的应用举例368

10.1控制对象1：齐鑫实验装置368

10.1.1控制系统外观图368

10.1.2控制软件介绍369

10.1.3带冷水夹套热水锅炉的温度控制374

10.1.4入水点压力控制375

10.1.5基于Laguerre函数的协调优化过程控制系统介绍377

10.2控制对象2：半导体高温扩散炉温度控制382

10.2.1扩散炉及其计算机控制简介382

10.2.2基于Laguerre函数的扩散炉温度控制383

10.3控制对象3：有机玻璃双容水箱385

10.3.1双容水箱的结构及使用385

10.3.2双容水箱计算机控制系统软件介绍386

10.3.3水箱级联单输入单输出液位控制388

10.3.4水箱双输入双输出液位控制389

参考文献391