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的学习，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。

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模拟量输入卡
3.6.2模拟量输出卡
3.6.3数字量输入/输出卡
3.6.4脉冲量输入/输出卡
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
目录第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基于状态空间模型的反馈控制器设计
4.6.1输出反馈设计法
4.6.2全状态反馈设计法
4.7基于状态空间模型的极点配置设计
4.7.1按极点配置设计控制律
4.7.2按极点配置设计状态观测器
4.7.3按极点配置设计控制器
4.8二次型性能最优设计方法
4.8.1LQR最优控制器设计
4.8.2案例分析
4.9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EtherCAT
5.5.1EtherCAT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