计算机控制系统基础

本书共8章，内容分别为计算机控制系统概述、过程输入/输出通道、数字程序控制技术、计算机控制系统的数学模型、数字控制器的设计、抗干扰技术、计算机网络控制技术、计算机控制系统设计。本书编写力求反映应用型本科的要求和工科专业的教学特点，内容由浅入深、循序渐进、通俗易懂，基本概念和基本知识的解释准确清晰，计算机控制技术的说明简明扼要、重点突出（重点包括计算机控制系统的组成、数学模型的建立及数字控制器的连续化和离散化设计），注重将计算机的硬件和软件设计有机地结合起来，并且特别注意以形象直观的形式来配合文字表述，以帮助读者掌握计算机控制技术的主要内容。本书可供不同层次的读者选用，既可作为高等院校工科相关专业的本科教材，也可供各类工程技术人员参考。【前言】随着现代生产过程复杂性与集成化程度的增加，计算机控制系统在生产中已成为不可或缺的部分。这要求从事自动控制的研究人员和工程技术人员在掌握生产工艺流程原理和自动控制原理的同时，也必须掌握计算机控制系统相关的硬件、软件、通信、网络技术等多方面的专门知识与技术。这样不但能分析和应用，也能设计并实施满足工业生产过程需要的计算机控制系统。“计算机控制技术”是我国高校自动化、电气工程及自动化、计算机应用、机电一体化等专业的主干课程。计算机控制技术是研究自动控制理论和计算机技术如何应用于生产自动化过程的专业技术。计算机控制技术是一门综合技术，涉及控制理论、控制算法、计算机接口、计算机软件、电子技术等。作为应用型本科教材，本书略去了难度大、不实用的内容，增加了一些实用技术，体现出了应用特色。本书没有过多地涉及具体的软件编程和算法，着重于建立学生对计算机控制系统的整体概念，培养学生对计算机控制系统的设计能力。本书通过计算机控制系统的实例来加强对有关技术的理解，同时尽量做到重点突出、层次分明、条理清楚，便于教学和自学。全书分为8章。第1章阐述了计算机控制系统的概念、组成、分类、控制规律以及工业控制计算机和MATLAB软件。第2章介绍了过程输入/输出通道，包括模拟量输入通道、模拟量输出通道、数字量输入通道和数字量输出通道。第3章介绍了数字程序控制技术，包括数字程序控制、步进电动机控制技术和伺服电机。第4章介绍了计算机控制系统的数学模型，包括数学模型的建立、计算机控制系统的状态空间模型、计算机控制系统的时域模型、计算机控制系统的频域模型和MATLAB实例仿真。第5章介绍了数字控制器的连续化和离散化设计，包括数字控制器的连续化设计步骤、数字PID控制器的设计、史密斯预估器的设计、数字控制器的离散化设计、*少拍随动系统的设计和*少拍无纹波随动系统的设计。第6章介绍了抗干扰技术，包括干扰的来源与传播途径、干扰的作用形式、硬件抗干扰措施和软件抗干扰措施。第7章介绍了计算机网络控制技术，包括计算机网络基础、集散控制系统、现场总线控制系统和以太网控制系统。第8章介绍了计算机控制系统设计，包括控制系统设计的原则与步骤、系统的工程设计和实现、基于单片机的语音温度计和电阻炉温度控制系统。为培养学生较强的实际动手能力，强调技术方法和使用特性也是本书的一个侧重点。为方便教学，本书在重点章节增加了MATLAB仿真。本书的主要特色如下：（1） 每章开始部分以教学提示、教学要求和本章知识结构为切入点，总结本章重点内容，起到提纲挈领的作用，使学生在初学时能够了解每章的主要内容，在复习时能通过知识结构图迅速把握该章的重点和难点。（2） 每章都由所学知识的切入点引出该章内容。从学生感兴趣、熟悉的基本知识出发，激发他们的求知欲，以达到事半功倍的效果。（3） 每章末尾都有小结，使学生在学习结束时对该章整体内容有一个全面的把握，同时可使所学知识前后衔接、融会贯通，达到系统掌握之目的。本书不仅可以作为普通高等院校电气工程及自动化、自动化、机电一体化、计算机应用等专业的教材，还可以作为工业控制及相关领域研究人员和技术人员的参考书。本书第1章～第6章由上海工程技术大学童东兵编写，第7章和第8章由上海立信会计学院陈巧玉编写，　全书由童东兵统稿。本书的编写得到了西安电子科技大学出版社的支持和帮助，在此表示感谢！此外，本书在编写过程中还得到了上海工程技术大学电子电气工程学院相关领导的关心与支持，在此表示衷心的感谢！在编写本书的过程中，硕士研究生毕灶荣、杨洋、闫雪超、王尧、徐聪、黄玥程、时慧等协助做了部分插图绘制和书稿录入工作，在此一并向他们表示感谢！ 由于计算机控制技术发展快速且相关理论不断更新，加之编者水平有限，编写时间仓促，书中难免会有一些不妥之处，在此殷切希望广大读者批评指正，以便使本书的内容得到进一步完善。童东兵2018年5月于程园