本书系统地阐述了计算机控制系统的分析方法、设计方法以及工程实际的应用。主要内容有计算机控制系统概述，信号的采样与恢复、Z变换、Z传递函数，离散系统的稳定性分析、过渡响应分析、稳态准确度分析、输出响应、根轨迹分析、频率分析，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，线性离散系统状态空间分析，线性离散系统状态空间设计，复杂控制规律系统设计，预测控制系统设计，智能控制系统设计，计算机控制系统设计与实现。本书既注重理论体系的完整性，又注重工程实际的应用性； 体现了理论联系实际，并解决了工程实际中常出现的问题。

本书可作为高等院校计算机、电子、自动控制及自动化专业的本科教材，也可作为有关科研技术人员的参考书。

计算机控制技术作为计算机技术与控制理论融合的产物，如今已经在军事、航天技术、工农业、交通运输、生产管理和经济管理、能源开发与利用等领域得到了广泛的应用。计算机控制技术实现了生产的现代化和自动化，自动地处理生产过程中较为复杂的工作，节约了人力资源、提高了生产效率。计算机控制理论与技术越来越显示出它的生命力。

本书系统地阐述了计算机控制系统的分析、设计方法以及工程实际的应用。主要内容有计算机控制系统概述，信号的采样与恢复、Z变换、Z传递函数，离散系统的稳定性分析、过渡响应分析、稳态准确度分析、输出响应、根轨迹分析、频率分析，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，线性离散系统的状态空间分析，线性离散系统状态空间设计，复杂控制规律系统设计，预测控制系统设计，智能控制系统设计，计算机控制系统设计与实现。

本书从工程技术角度出发，突出基本理论、基本概念和基本方法； 叙述力求简练，深入浅出，选材实用； 注重理论与应用结合，设计与实现结合，具有系统性和实用性。

编写本书时，力求做到理论分析计算与应用技术并重，以使读者牢固建立计算机控制系统的整体概念； 力求做到重点突出，层次分明，语言易懂。在编写过程中还注意理论与实际的结合，重视解决工程实际问题，其中包括了编者多年来从事计算机控制系统设计工作的体会和经验，根据计算机控制系统的目前发展的最新情况，有重点地引入了一些新的概念和方法，更新了一些陈旧内容。

通过对本书的学习，读者能够掌握计算机控制的基本原理和基本控制技术，具有研究和开发新的计算机控制系统、解决实际工程问题的初步能力。

本书可作为高等院校计算机、电子、自动控制及自动化专业的本科教材，也可作为有关科研技术人员的参考书。

本书由姜学军、李筠、李晓静主编，王海涛、曹烨、王永堃参编。

限于水平，书中难免存在疏漏之处，敬请读者批评指正。

编者

2019年5月

第1章绪论

1.1计算机控制系统概述

1.1.1自动控制系统

1.1.2计算机控制系统

1.1.3计算机控制系统的特点

1.2计算机控制系统的组成

1.3计算机控制系统的分类

1.4计算机控制系统发展趋势

习题1

第2章计算机控制理论基础

2.1信号的采样与恢复

2.1.1信号的采样过程

2.1.2采样定理

2.1.3信号的恢复过程和零阶保持器

2.2Z变换

2.2.1Z变换的定义

2.2.2常用信号的Z变换

2.2.3Z变换的基本定理

2.2.4Z反变换

2.2.5广义Z变换

2.3线性定常离散系统的差分方程及其解

2.4Z传递函数

2.4.1Z传递函数的定义

2.4.2Z传递函数的物理可实现性

2.4.3在扰动作用下的线性离散系统

2.4.4广义Z传递函数

习题2

第3章计算机控制系统分析

3.1S平面与Z平面的关系

3.2离散系统的稳定性分析

3.2.1离散系统输出响应的一般关系式

3.2.2离散系统稳定性判据

3.2.3离散系统开环增益、采样周期与稳定性的关系

3.3离散系统的过渡响应分析

3.4离散系统的稳态准确度分析

3.5离散系统的输出响应

3.5.1离散系统在采样点间的输出响应

3.5.2被控对象含延时的输出响应

3.6离散系统的根轨迹分析

3.7离散系统的频率分析

习题3

第4章计算机控制系统的离散化设计

4.1最少拍控制系统的设计

4.1.1最少拍系统设计的基本原则

4.1.2任意广义对象的最少拍控制器设计

4.1.3最少拍系统的改进

4.2无波纹最少拍控制系统设计

4.3在扰动作用下控制系统设计

4.3.1针对扰动作用的设计

4.3.2抑制扰动作用的设计

4.3.3复合控制系统设计

4.4数字控制器的根轨迹设计法

4.5数字控制器的频域设计法

4.6数字控制器的计算机程序实现

4.6.1直接程序法

4.6.2串行程序法

4.6.3并行程序法

习题4

第5章计算机控制系统的模拟化设计

5.1概述

5.2模拟控制器的离散化方法

5.2.1脉冲响应不变法

5.2.2阶跃响应不变法

5.2.3差分变换法

5.2.4双线性变换法

5.2.5频率预畸变双线性变换法

5.2.6零极点匹配法

5.3数字PID控制

5.3.1PID控制的基本形式及数字化

5.3.2数字PID控制器的控制效果

5.3.3数字PID控制算法

5.4数字PID控制算法的改进

5.4.1积分分离PID算法

5.4.2不完全微分PID算法

5.4.3微分先行PID算法

5.4.4带死区PID算法

5.4.5抗积分饱和PID算法

5.5数字PID控制器的参数整定

5.5.1凑试法

5.5.2扩充临界比例度法

5.5.3扩充响应曲线法

习题5

第6章线性离散系统状态空间分析

6.1线性离散系统状态方程

6.1.1由高阶差分方程求状态方程

6.1.2由Z传递函数求状态方程

6.2连续状态方程的离散化

6.3计算机控制系统闭环离散状态方程

6.4线性离散系统的传递函数矩阵与特征值

6.5线性离散状态方程的求解

6.5.1递推法

6.5.2Z变换法

6.6线性离散系统的稳定性、可控性和可测性

6.6.1线性离散系统的稳定性

6.6.2线性离散系统的可控性

6.6.3线性离散系统的可测性

6.6.4可控标准型与可测标准型

6.6.5可控性、可测性与传递函数矩阵的关系

习题6

第7章线性离散系统状态空间设计

7.1线性离散系统输出反馈设计

7.1.1在单位阶跃信号作用下单变量最少拍系统设计

7.1.2在单位速度信号作用下单变量最少拍系统设计

7.1.3在单位阶跃信号作用下多变量最少拍系统设计

7.2线性离散系统的极点配置与观测器

7.2.1用状态反馈实现指定的极点配置

7.2.2状态观测器

7.3Liapunov最优状态反馈设计

7.4最小能量控制系统设计

7.5离散最优控制

7.5.1离散极小值原理

7.5.2离散动态规划法

习题7

第8章复杂控制规律系统设计

8.1纯滞后补偿控制系统设计

8.1.1大林算法

8.1.2史密斯预估算法

8.1.3纯滞后信号的产生

8.2串级控制系统设计

8.3前馈控制系统设计

8.4解耦控制系统设计

8.4.1解耦控制原理

8.4.2解耦控制器设计

习题8

第9章预测控制系统设计

9.1概述

9.2模型算法控制

9.3动态矩阵控制

习题9

第10章智能控制系统设计

10.1模糊控制系统设计

10.1.1模糊控制原理

10.1.2模糊控制器设计

10.2专家控制系统设计

10.2.1专家控制系统基本原理

10.2.2专家控制系统设计

10.3神经网络控制系统设计

10.3.1神经网络的模型与算法

10.3.2神经网络控制系统的设计

习题10

第11章计算机控制系统设计与实现

11.1计算机控制系统设计原则

11.2计算机控制系统设计步骤

11.3计算机控制系统输入输出通道设计

11.3.1过程输入输出通道的组成与功能

11.3.2过程输入输出通道的控制方式

11.3.3输入通道

11.3.4输出通道

11.4计算机控制系统抗干扰技术

11.4.1干扰的来源

11.4.2干扰的抑制方法

11.5计算机控制系统应用实例

习题11

参考文献

本书既注重理论体系的完整性，又注重工程实际的应用性；体现了理论联系实际，并解决了工程实际中常出现的问题。    

姜学军，沈阳理工大学信息科学与工程学院教师、教授，计算机应用硕士，计算机科学与技术专业负责人，硕士生导师；作为项目负责人和主要完成人承担国家863课题、国防预研及其他省部级以上项目6项，企业合作项目4项。在国内外学术期刊和国际会议上发表论文20余篇；多年从事计算机科学与技术专业以及自动化专业教学；主编、参编多部公开出版教材。