本書主要介紹計算機控制繫統的基本理論、設計方法和工程應用實例。全書共9章。第1章介紹計算機控制繫統的一般概念、組成、結構和發展概況，第2～3章主要介紹計算機控制繫統的硬件設計，第4～7章主要介紹計算機控制繫統控制器的設計，第8章介紹計算控制繫統的電磁兼容性設計，第9章是計算機控制繫統的設計與實現的具體步驟以及一些實際工程實例。

董寧，北京理工大學自動化學院，一直以來從事自動控制理論及應用、自適應控制等方面的教學及科研工作，發表論文多篇。

第1章 概述
1．1 計算機控制繫統的一般概念
1．2 計算機控制繫統的組成
1．2．1 計算機控制繫統的硬件組成
1．2．2 計算機控制繫統的軟件組成
1．3 計算機控制繫統的結構形式
1．3．1 操作指導控制繫統
1．3．2 直接數字控制繫統
1．3．3 監督控制繫統
1．3．4 集散控制繫統
1．3．5 現場總線控制繫統
1．3．6 綜合自動化繫統
1．4 計算機控制繫統的發展概況和發展趨勢
1．4．1 計算機控制繫統的發展概況
1．4．2 計算機控制繫統的發展趨勢
習題與思考題1
第2章 通道接口技術
2．1 計算機對外圍通道的控制
2．1．1 輸入/輸出指令
2．1．2 中斷
2．1．3 接口
2．2 模擬量輸出通道
2．2．1 D/A轉換原理
2．2．2 D/A轉換器的技術參數
2．2．3 集成D/A轉換器及其接口技術
2．2．4 雙極性模擬量輸出的實現
2．2．5 模擬量輸出通道的結構形式
2．2．6 多路開關
2．2．7 采樣保持器
2．2．8 模擬量輸出通道舉例
2．3 模擬量輸入通道
2．3．1 A/D轉換原理
2．3．2 A/D轉換器的技術參數
2．3．3 集成A/D轉換器
2．3．4 可編程數據放大器
2．3．5 軸角/數字轉換器
2．4 數字量輸入/輸出通道
2．4．1 數字量輸入通道
2．4．2 數字量輸出通道
2．4．3 數字量接口的典型應用
習題與思考題2
*第3章 繫統總線
3．1 總線的一般概念
3．1．1 總線的分類
3．1．2 總線的特性及性能指標
3．1．3 總線標準
3．1．4 總線控制方法
3．1．5 總線結構
3．1．6 標準總線的優點
3．2 常用的內部總線
3．2．1 STD總線
3．2．2 IBM PC/XT/AT總線
3．2．3 MCA總線
3．2．4 EISA總線
3．2．5 PCI總線
3．3 常用外總線
3．3．1 RS-232C總線
3．3．2 RS-422總線
3．3．3 USB總線
3．3．4 IEEE1394
3．4 現場總線
3．4．1 現場總線的定義和特點
3．4．2 現場總線網絡協議模式
3．4．3 現場總線分類
3．5 總線模板舉例
3．5．1 主要技術指標
3．5．2 工作原理
習題與思考題3
第4章 數字PID控制器設計
4．1 數字PID算法
4．1．1 模擬PID控制器
4．1．2 數字PID控制器
4．2 數字PID控制器的參數整定
4．2．1 采樣周期的選擇
4．2．2 實驗試湊法確定PID控制參數
4．2．3 實驗經驗法確定PID控制參數
4．3 數字PID控制器的改進算法
4．3．1 積分算法的改進
4．3．2 微分算法的改進
4．3．3 其他PID控制算法
習題與思考題4
第5章 數字控制器的連續設計方法
5．1 使用連續化設計方法的條件
5．2 連續化設計步驟
5．3 D(s )的離散化方法
5．3．1 脈衝響應不變法
5．3．2 階躍響應不變法
5．3．3 差分變換法
5．3．4 雙線性變換法
5．3．5 頻率預畸變的雙線性變換法
5．3．6 極點零點對應法
5．4 各種離散化方法的比較
5．5 設計舉例
習題與思考題5
第6章 數字控制器的離散設計方法
6．1 解析設計法
6．1．1 最少拍繫統的設計
6．1．2 無紋波最少拍繫統的設計
6．1．3 最少拍繫統的討論
6．2 根軌跡設計法
6．2．1 z平面的根軌跡
6．2．2 z平面極點位置與動態響應的關繫
6．2．3 繫統性能指標與z平面極點位置的關繫
6．2．4 設計舉例
6．3 頻率響應設計法
6．3．1 雙線性變換和w平面
6．3．2 w平面設計步驟
6．3．3 設計舉例
6．4 純滯後控制技術
6．4．1 Smith預估控制
6．4．2 大林算法
6．5 狀態空間設計法
6．5．1 單輸入單輸出的二階繫統
6．5．2 多輸入多輸出快速繫統設計
習題與思考題6
*第7章 數字控制器的復雜控制規律設計方法
7．1 自適應控制技術
7．1．1 自適應控制的產生
7．1．2 自適應控制的定義
7．1．3 自適應控制的基本原理和類型
7．1．4 局部參數最優化理論
7．2 滑模變結構控制
7．2．1 滑模變結構控制原理
7．2．2 二階繫統開關控制
7．2．3 滑動模態
7．2．4 伺服繫統滑模控制器設計
7．3 重復控制器的設計
7．3．1 重復控制原理
7．3．2 重復控制繫統的穩定性
7．3．3 重復控制器設計
習題與思考題7
第8章 計算機控制繫統的電磁兼容性設計
8．1 電磁兼容性的概述
8．2 噪聲源
8．3 噪聲抑制技術
8．3．1 屏蔽
8．3．2 接地
8．3．3 去耦
8．3．4 隔離
8．4 數字信號的傳輸
8．5 電源繫統的抗干擾措施
8．6 CPU抗干擾措施
習題與思考題8
第9章 計算機控制繫統的設計與實現
9．1 計算機控制繫統的設計原則與步驟
9．1．1 設計原則
9．1．2 設計步驟
9．2 計算機控制繫統的實現過程
9．2．1 計算機控制繫統的可行性論證
9．2．2 計算機控制繫統的工程設計
*9．3 計算機控制繫統的設計實例
9．3．1 飛行仿真頭位跟蹤視景顯示繫統
9．3．2 機械臂控制繫統
9．3．3 三軸轉臺繫統
附錄A z變換簡表
參考文獻

計算機控制廣泛應用於工業生產、交通運輸、航空、航天、航海、核能和國防建設等部門，在國民經濟和國防建設中起著重要的作用。近年來隨著電力電子技術、微電子技術、控制技術的不斷發展，計算機控制也發生了很大的變化，新的控制方法、新的控制思想和新的控制繫統不斷出現，促進了控制科學與工程的發展。教學上應該將這些最新發展和進步及時總結，使學生既能掌握傳統方法，又能掌握最新方法和設計思想。該書作者長期從事相關的國家項目攻關、科學基金、橫向科研和教學工作，在總結近年的教學和科研成果的基礎上，繫統地論述了計算機控制繫統的結構、原理、設計和應用，既有理論分析又有應用實例。本書覆蓋了工業控制計算機、輸入/輸出接口與過程通道、計算機控制繫統的理論基礎、計算機控制算法、計算機控制軟件技術、通信、計算機控制繫統設計與實現等內容，以引導讀者按理論分析、仿真研究、工程設計與實現等循序漸進地來進行計算機控制繫統的分析、設計和實現。

本書主要有以下特色：

（1） 密切結合工程實際，從應用的角度，全面繫統地論述了計算機控制繫統的結構、設計、實現等問題。理論深度適中，主要強調實際工程應用，使讀者能更好地理解和掌握計算機控制的理論知識，並能用於解決實際計算機控制繫統問題。

（2） 所舉的工程實例具有典型性、代表性，內容既能體現傳統技術又體現新技術的應用。通過具有不同代表性的多個典型實例，介紹不同典型計算機控制繫統的構成原理、設計和分析方法。

（3） 在繫統介紹傳統方法的基礎上，介紹計算機控制繫統的自適應控制、滑模變結構控制、重復控制等。在介紹理論方法的同時，在實際工程中也得到了應用。對於計算機控制繫統的電磁兼容和可靠性問題也進行了分析介紹，並給出了常用的一些解決方法。

本書共分為9章。第1章概述，主要介紹計算機控制繫統的一般概念、組成、結構和發展概況。第2章通道接口技術，包括計算機對外圍通道的控制、輸入/輸出通道的設計。第3章繫統總線，主要介紹計算機控制繫統中常用的幾種總線。第4章數字PID控制器設計，主要介紹PID控制在計算機直接數字控制中的應用。第5章數字控制器的連續化設計方法，主要介紹按連續繫統設計所得到的連續控制器，可通過哪些近似方法變換為離散控制器。第6章數字控制器的離散設計方法，主要介紹在離散域直接設計數字控制器常用的方法。第7章數字控制器的復雜控制規律設計方法，主要介紹自適應控制、滑模變結構控制、重復控制器等幾種復雜控制器的設計。第8章計算機控制繫統的電磁兼容性設計，主要介紹為保證計算機控制繫統在復雜的干擾環境中能夠穩定可靠地工作，經常采用的一些電磁兼容性設計方法。第9章計算機控制繫統的設計與實現，主要介紹計算機控制繫統的設計與實現的具體步驟，以及一些實際工程實例。

本書的第1版和第2版分別於1996年和2002年由北京理工大學出版社出版。每次出版，內容均有大幅度的更新。本書可供自動化、電氣工程及其自動化、機械電子工程以及有關專業的本科生和研究生學習使用，也可供相關專業人員閱讀。針對不同專業、不同層次的學生，可以根據學生已有的專業基礎知識，采用講授和自學相結合的方式有選擇地組織教學。本書加“*”號的章節可以根據需要進行選講和自學，例如第3章、第7章和第9章的部分實例。

本書由董寧和陳振編寫。在編寫過程中得到了張宇河教授的支持和幫助，並提出許多寶貴意見。趙曉瑞、陳斯參加了部分插圖整理工作。在此一並表示衷心地感謝！書末列出了部分參考書目，在此謹向參考過的列出和未列出書目的編著者致以衷心的感謝！

由於本書作者學識和水平有限，雖然盡力而為，但仍難免會有不妥和錯誤之處，敬請廣大讀者批評指正，並給予諒解。

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作者

2016年12月於

北京理工大學