《計算機控制系統》依據控制學科本科自動化專業“計算機控制系統”課程教學大綱編寫，主要內容如下：理論基礎，包括計算機控制系統基本概念、計算機控制系統的信號變換與計算機控制系統的數學描述等；計算機控制系統的經典分析與設計方法，包括基于z傳遞函數分析方法、基于連續系統理論的數字控制器設計與z域直接設計等；計算機控制系統的狀態空間分析與設計方法；分級分布式計算機控制系統與計算機數值控制系統；計算機控制系統的工程實現技術。《計算機控制系統》提供電子課件與部分習題解答。
《計算機控制系統》可作為高等學校本科自動化專業、電氣工程、儀器儀表、計算機應用及機電一體化等相關專業的教材或研究生基礎教材，同時也可作為有關工程技術人員的參考資料。
第1章 緒論
1.1 計算機控制系統概述
1.1.1 計算機控制系統的一般概念
1.1.2 計算機控制系統的主要特點
1.2 計算機控制系統的組成
1.2.1 計算機控制系統的硬件組成
1.2.2 計算機控制系統的軟件組成
1.3 計算機控制系統的典型應用形式
1.3.1 數據采集與操作指導系統
1.3.2 直接數字控制系統
1.3.3 監督計算機控制系統
1.3.4 計算機分級分布式控制系統
1.3.5 數據采集與監督控制系統
1.3.6 現場總線控制系統
1.4 計算機控制系統的發展概況
1.4.1 計算機控制系統的發展歷程
1.4.2 計算機控制系統的發展趨勢
1.5 計算機控制系統的理論與設計問題
1.5.1 計算機控制系統的理論問題
1.5.2 計算機控制系統的設計問題
本章小結
習題與思考題
第2章 計算機控制系統的信號變換
2.1 模/數變換與數/模變換
2.1.1 信號類型
2.1.2 a/d轉換器
2.1.3 d/a轉換器
2.1.4 a/d轉換與d/a轉換對系統性能的影響
2.2 采樣過程的數學描述及特性分析
2.2.1 采樣過程的一般描述
2.2.2 采樣開關的數學描述
2.2.3 采樣信號的時域描述
2.2.4 采樣信號的頻域描述與頻域特性
2.2.5 采樣定理
2.3 信號的恢復與重構
2.3.1 信號的理想恢復過程
2.3.2 信號的非理想重構過程
2.3.3 零階保持器
2.3.4 后置濾波
2.4 信號的量化
本章小結
習題與思考題
第3章 計算機控制系統的數學描述
3.1 z變換理論
3.1.1 z變換的定義
3.1.2 z變換的方法
3.1.3 z變換的性質和定理
3.1.4 z反變換
3.2 差分方程
3.2.1 差分方程的一般形式
3.2.2 差分方程的求解
3.3 z傳遞函數
3.3.1 z傳遞函數的概念
3.3.2 z傳遞函數與差分方程的關系
3.3.3 開環z傳遞函數
3.3.4 閉環z傳遞函數
3.3.5 計算機控制系統的輸出響應計算
3.4 離散狀態空間描述
3.4.1 線性定常離散系統的狀態空間模型的建立
3.4.2 連續狀態方程的離散化
3.4.3 計算機控制系統的閉環狀態方程
本章小結
習題與思考題
第4章 計算機控制系統的經典分析方法
4.1 計算機控制系統的穩定性分析
4.1.1 s平面與z平面的關系
4.1.2 計算機控制系統穩定性條件
4.1.3 計算機控制系統穩定性的判斷
4.1.4 采樣周期與開環增益對穩定性的影響
4.2 計算機控制系統穩態誤差分析
4.2.1 計算機控制系統穩態誤差的定義
4.2.2 計算機控制系統穩態誤差的計算
4.2.3 干擾作用下的穩態誤差
4.2.4 a/d轉換器對穩態誤差的影響
4.2.5 采樣周期對穩態誤差的影響
4.3 計算機控制系統的響應特性分析
4.4 z平面根軌跡分析法
4.4.1 z平面根軌跡繪制
4.4.2 z平面根軌跡分析
4.5 計算機控制系統的頻率特性分析法
4.5.1 計算機控制系統頻率特性繪制方法
4.5.2 計算機控制系統頻率特性分析方法
本章小結
習題與思考題
第5章 基于連續系統理論的數字控制器設計
5.1 基于連續系統理論的數字控制器設計基本原理
5.1.1 連續域離散化設計基本思想
5.1.2 等效控制器de(s)的數學描述
5.1.3 數字控制器的設計步驟
5.2 連續控制器的離散化方法
5.2.1 脈沖響應不變法（z變換法）
5.2.2 階躍響應不變法
5.2.3 前向差分法
5.2.4 后向差分法
5.2.5 雙線性變換法
5.2.6 預畸變雙線性變換法
5.2.7 零極點匹配法
5.3 數字pid控制
5.3.1 pid控制的基本形式及數字化
5.3.2 數字pid控制算法
5.4 數字pid控制改進算法
5.4.1 抗積分飽和算法
5.4.2 微分算法的改進
5.5 數字pid控制參數整定
5.5.1 擴充臨界比例系數法
5.5.2 擴充響應曲線法
5.5.3 試湊法
5.6 史密斯預測補償控制
5.6.1 史密斯補償原理
5.6.2 純滯后補償的數字實現
本章小結
習題與思考題
第6章 數字控制器z域直接設計方法
6.1 基于z傳遞函數解析設計的基本原理
6.1.1 數字控制器d(z)的一般形式
6.1.2 解析設計對期望閉環傳遞函數 (z)的約束
6.1.3 基于z傳遞函數解析設計一般步驟
6.2 最少拍控制系統設計
6.2.1 特殊對象的最少拍控制系統設計
6.2.2 一般對象的最少拍控制系統設計
6.3 最少拍無紋波控制系統設計
6.4 最少拍控制系統的改進設計
6.4.1 慣性因子法
6.4.2 非最少的有限拍控制
6.5 擾動作用下最少拍控制系統設計
6.5.1 針對擾動作用的設計
6.5.2 抑制擾動作用的設計
6.6 大林算法設計
6.6.1 大林算法基本原理
6.6.2 大林算法數字控制器的一般形式
6.6.3 振鈴現象的消除方法
6.7 復合控制系統設計
6.7.1 反饋控制中的擾動作用
6.7.2 復合控制系統基本原理
6.7.3 復合控制系統設計步驟
6.8 z平面根軌跡設計
6.9 數字控制器的頻域設計
6.9.1 w變換
6.9.2 基于w變換的頻域設計法
本章小結
習題與思考題
第7章 計算機控制系統的狀態空間分析
7.1 離散狀態方程的解
7.1.1 遞推法
7.1.2 z變換法
7.2 z傳遞函數矩陣與特征方程
7.2.1 矩陣的特征值
7.2.2 z傳遞函數矩陣
7.2.3 離散系統的特征方程
7.3 李亞普洛夫穩定性分析
7.3.1 李亞普洛夫意義下的穩定性概念
7.3.2 李亞普洛夫第二法主要定理
7.3.3 線性定常連續系統漸近穩定判據
7.3.4 離散時間系統李亞普洛夫穩定性判據
7.4 可控性與可觀性
7.4.1 可控性
7.4.2 輸出可控性
7.4.3 可觀性
7.4.4 可控性、可觀性與z傳遞函數的關系
7.4.5 采樣系統可控可觀性與采樣周期的關系
7.5 可控標準型與可觀標準型
7.5.1 z傳遞函數與可控標準型
7.5.2 z傳遞函數與可觀標準型
7.5.3 通過線性變換構造可控標準型
7.5.4 通過線性變換構造可觀標準型
本章小結
習題與思考題
第8章 計算機控制系統的狀態空間設計
8.1 狀態反饋設計
8.1.1 狀態反饋系統結構及其特性
8.1.2 狀態反饋與極點配置
8.1.3 單輸入系統狀態反饋極點配置設計
8.1.4 多輸入系統狀態反饋極點配置設計
8.1.5 有限拍控制
8.2 輸出反饋設計
8.2.1 輸出反饋的結構形式與特點
8.2.2 輸出反饋與極點配置
8.3 狀態觀測器設計
8.3.1 開環狀態觀測器
8.3.2 閉環狀態觀測器設計
8.3.3 降維觀測器設計
8.3.4 有限拍觀測器
8.4 帶狀態觀測器的狀態反饋設計
8.4.1 帶觀測器的狀態反饋控制系統的一般結構
8.4.2 帶觀測器的狀態反饋控制系統設計的分離性原理
8.4.3 帶觀測器的狀態反饋控制系統設計原則
8.4.4 帶觀測器的狀態反饋控制系統的控制器
8.4.5 設計舉例
本章小結
習題與思考題
第9章 分級分布式計算機控制系統
9.1 分級分布式計算機控制系統基本原理
9.1.1 分級分布式計算機控制系統的產生
9.1.2 分級分布式計算機控制系統的組成原理
9.1.3 分級分布式計算機控制系統的評價
9.2 集散控制系統
9.2.1 集散控制系統的概念和特點
9.2.2 集散控制系統的層次結構
9.2.3 集散控制系統的基本控制器
9.2.4 集散控制系統的數據通信
9.2.5 集散控制系統的組態原理
9.2.6 集散控制系統的發展概況
9.3 現場總線控制系統
9.3.1 現場總線控制系統概述
9.3.2 現場總線控制系統的體系結構
9.3.3 現場總線控制系統與集散控制系統的比較
9.3.4 幾種典型的現場總線
本章小結
習題與思考題
第10章 計算機數值控制系統
10.1 計算機數值控制基礎
10.1.1 計算機數值控制的基本概念
10.1.2 數值控制基本原理
10.1.3 計算機數值控制系統一般組成
10.1.4 計算機數值控制系統的控制結構
10.1.5 數值控制系統的控制方式
10.2 逐點比較法插補原理
10.2.1 逐點比較法直線插補原理
10.2.2 逐點比較法圓弧插補原理
10.2.3 八方向逐點比較法線性插值
10.3 步進電機的控制技術
10.3.1 步進電機工作原理
10.3.2 步進電機的計算機控制
本章小結
習題與思考題
第11章 計算機控制系統的設計與實現
11.1 計算機控制系統的設計原則與步驟
11.1.1 計算機控制系統設計的一般原則
11.1.2 計算機控制系統的設計步驟
11.2 過程輸入/輸出通道設計
11.2.1 模擬量輸入通道
11.2.2 模擬量輸出通道
11.2.3 開關量（數字量）輸入通道
11.2.4 開關量（數字量）輸出通道
11.3 數字信號調理
11.3.1 數字濾波
11.3.2 非線性補償
11.3.3 標度變換
11.4 數字控制器算法設計與實現
11.4.1 計算延時與控制算法設計
11.4.2 數字控制器d(z)的算法設計與實現
11.4.3 狀態空間描述控制器算法設計與實現
11.4.4 控制算法中比例因子的設置
11.5 量化效應分析
11.5.1 計算機控制系統中量化誤差來源
11.5.2 變量的量化誤差分析
11.5.3 參數的量化誤差分析
11.5.4 量化效應的非線性分析
11.6 采樣周期選擇
11.6.1 采樣周期選擇的一般考慮
11.6.2 采樣周期選擇的經驗規則
11.7 計算機控制系統的抗干擾技術
11.7.1 干擾源
11.7.2 干擾的作用形式
11.7.3 串模干擾的抑制
11.7.4 共模干擾的抑制
11.7.5 長線傳輸干擾的抑制
11.7.6 電源系統的抗干擾措施
11.7.7 接地系統的抗干擾措施
11.8 計算機控制系統的可靠性設計
11.8.1 計算機控制系統可靠性設計的一般原則
11.8.2 計算機控制系統的硬件可靠性設計
11.8.3 計算機控制系統的軟件可靠性設計
本章小結
習題與思考題
參考文獻
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