计算机控制技术

适读人群 ：高等院校自动化、计算机、自动控制及相关专业

配套资源：电子课件、习题解答、电子教案、仿真源文件

本书特色：

★本书以MATLAB为工具，注重控制系统建模、分析和设计等现代工程能力的训练与培养；

★以两个工业控制系统实例(电阻炉温度控制系统和伺服控制系统)，详细展示了计算机控制技术在实际工程问题中的运用，帮助读者巩固和应用所学到的知识。

本书系统地阐述了计算机控制系统的分析方法、设计方法以及工程的实际应用。主要内容有计算机控制系统概述与基本类型，信号的分类、采样与恢复，Z变换，脉冲传递函数，离散系统的频域分析，计算机控制系统的稳定性分析、稳态误差分析、时域特性分析、频域特性分析、稳态准确度分析、输出响应，计算机控制系统的离散化设计，计算机控制系统的模拟化设计，计算机控制系统设计与应用。本书既注重理论体系的完整性，又注重工程实际的应用性，理论联系实际，解决了工程中一些常见的问题。

本书可作为高等院校自动化、计算机、自动控制及相关专业本科生的教材或参考书，也可供相关科研人员以及工程技术人员学习参考。

前言
第1章计算机控制系统导论
1.1计算机控制系统概述
1.1.1计算机控制系统的组成
1.1.2计算机控制系统的特点
1.1.3计算机控制系统的优势
1.2计算机控制系统的发展与应用
1.2.1计算机控制系统的发展
1.2.2计算机控制系统的应用
1.3计算机控制系统的基本类型
1.3.1操作指导系统
1.3.2直接数字控制系统
1.3.3监督计算机控制系统
1.3.4集中控制系统
1.3.5集散控制系统
1.3.6现场总线控制系统
1.3.7网络控制系统
1.4计算机控制系统的基本内容
1.4.1异质信号变换
1.4.2被控对象建模
1.4.3系统性能分析
1.4.4控制算法设计
【本章小结】
本章习题
第2章计算机控制系统信号分析
2.1计算机控制系统中的信号分类
2.1.1信号类型
2.1.2A/D转换
2.1.3D/A转换
2.1.4信号的分类
2.2采样过程的数学描述及特性分析
2.2.1采样过程的一般描述
2.2.2采样开关的数学描述
2.2.3理想采样信号的时域描述
2.2.4理想采样信号的复域描述
2.2.5理想采样信号的频域描述
2.2.6采样定理
2.2.7前置滤波器
2.3信号的恢复和重构
2.3.1信号的理想恢复过程
2.3.2信号的非理想恢复过程
2.3.3零阶保持器
2.3.4后置滤波器
2.4信号的量化
【本章小结】
本章习题
第3章计算机控制系统的数学描述
3.1Z变换
3.1.1Z变换的定义
3.1.2求Z变换的方法
3.1.3Z变换的基本定理
3.1.4Z反变换
3.1.5Z变换法研究系统性能时需
注意的两个问题
3.2差分方程
3.2.1差分方程的一般形式
3.2.2线性常系数差分方程的迭代
解法
3.2.3差分方程的Z变换解法
3.3脉冲传递函数
3.3.1脉冲传递函数的定义
3.3.2差分方程与脉冲传递函数
3.3.3开环脉冲传递函数
3.3.4闭环系统的脉冲传递函数
3.3.5有干扰作用时闭环系统的输出
3.4系统的频域分析
3.4.1离散系统频率特性定义
3.4.2离散系统频率特性的计算
3.4.3离散系统频率特性的特点
【本章小结】
本章习题
第4章计算机控制系统分析
4.1s平面与z平面的映射分析
4.1.1s平面与z平面的基本映射关系
4.1.2s平面上等值线在z平面的映射
4.2计算机控制系统的稳定性分析
4.2.1计算机控制系统的稳定条件
4.2.2计算机控制系统稳定性的判断
4.2.3采样周期对计算机控制系统
稳定性的影响
4.3计算机控制系统稳态误差分析
4.3.1计算机控制系统稳态误差的
定义
4.3.2线性定常计算机控制系统稳态
误差的计算
4.3.3采样周期对稳态误差的影响
4.4计算机控制系统的时域特性分析
4.4.1计算机控制系统动态特性指标
4.4.2系统闭环极点分布与时间响应
关系
4.5计算机控制系统的频域特性分析
4.5.1极坐标法
4.5.2对数频率特性法
【本章小结】
本章习题
第5章计算机控制系统的经典设计
方法
5.1连续域-离散化设计原理与步骤
5.1.1设计原理
5.1.2设计步骤
5.2各种离散化方法及特性
5.2.1一阶向后差分法
5.2.2一阶向前差分法
5.2.3双线性变换法（Tustin变换法）
5.2.4修正双线性变换
5.2.5零极点匹配法
5.2.6其他离散化方法
5.2.7连续域-离散化方法小结
5.3应用举例
5.4数字PID控制器设计
5.4.1数字PID基本算法
5.4.2数字PID控制算法改进
5.4.3PID调节参数的整定
【本章小结】
本章习题
第6章计算机控制系统直接设计
方法
6.1z平面根轨迹设计
6.1.1z平面根轨迹设计的时域性能
指标要求
6.1.2z平面根轨迹
6.1.3z平面根轨迹设计方法
6.2ω′变换及频率域设计
6.2.1频域性能指标要求
6.2.2ω′变换
6.2.3ω′变换频率响应设计法
6.3解析法直接设计基本原理
6.4少拍控制器设计
6.4.1简单对象的基本少拍控制器
设计
6.4.2复杂对象的少拍控制器设计
6.4.3少拍无纹波控制器设计
6.5大林算法
6.5.1大林算法的基本形式
6.5.2振铃现象及其消除方法
6.6数字控制器D(z)的程序实现
6.6.1直接程序设计法
6.6.2串联程序设计法
6.6.3并联程序设计法
【本章小结】
本章习题
第7章计算机控制系统设计
与应用案例
7.1计算机控制系统设计的一般原则
和步骤
7.1.1系统设计的原则
7.1.2系统设计的步骤
7.2计算机控制系统应用案例
7.2.1电阻炉温度控制系统
7.2.2伺服控制系统
【本章小结】
本章习题
附录Z变换表
参考文献

为适应新工科背景下对计算机技术人才的培养要求，紧扣把科学、技术与产业发展联系在一起的工程教育理念，本书立足于高等学校自动化、电气工程、仪器仪表及机电一体化等工科专业，培养创新型卓越工程人才。计算机控制技术是一门综合性极强的专业技术核心课程，它不仅综合了电子技术、自动控制技术、计算机网络等基础技术，还融合了生产过程自动化、机电控制优化、生产技术精密化等产业技术。通过计算机控制技术课程的系统学习，培养学生的自主学习能力和实践创新精神，既满足了本科院校对应用型人才培养的需求，又满足了自动化、测控类等企业对于科技型人才的需求。

本书以研究连续控制和离散控制的区别与联系为主线，从分析计算机控制系统信号入手，逐步建立完善的计算机控制系统描述、分析、设计相关理论及方法。课程以MATLAB为工具，注重控制系统建模、分析和设计等现代工程能力的训练与培养。本书建议授课学时为48学时，实验学时18学时，并要求先学习C语言、离散数学、微机原理、MATLAB工具软件、自动控制原理、电机与拖动基础等课程。

全书共7章。第1章介绍了计算机控制系统的组成、控制系统分类及设计和控制装置种类及应用；第2章介绍了计算机控制系统信号分析；第3章分析和讨论了计算机控制系统的数学描述；第4章讨论了计算机控制系统的稳定性分析、稳态误差分析、时域特性分析和频域特性分析；第5章介绍了计算机控制系统的经典设计方法，包括各种离散化方法及特性；第6章介绍了计算机控制系统的直接设计方法；第7章用两个工业控制系统实例(电阻炉温度控制系统和伺服控制系统)详细展示了计算机控制技术在实际工程问题中的应用。本书特别注意阐明基本概念、方法以及设计中的注意事项；在讲清基本概念与基本方法的基础上，用典型实例说明其方法与应用，帮助读者加深理解；本书内容简明扼要、深入浅出，融入了编者多年教学与工程实践的经验与体会。书中有适量的例题与习题，帮助读者巩固和应用所学的知识。

本书由中国矿业大学缪燕子、褚菲、代伟、巩敦卫、孙伟共同编写完成，在编写和出版过程中得到了许多领导、同行及学生的帮助，他们为本书提出了许多宝贵意见，在此一并表示衷心的感谢。

本书在编写过程中参考了有关作者的书籍，在此谨表谢意。由于编者水平有限，书中难免存在不妥之处，恳请读者原谅，并提出宝贵意见。