刘士荣编著的《计算机控制系统(第2版普通高等教育十二五规划教材)》系统全面介绍了计算机控制系统相关知识，本书可供自动化类、电气工程类、电子信息类、机械工程类等专业学生作为教材使用，也可供工程技术人员阅读参考。

刘士荣编著的《计算机控制系统(第2版普通高等教育十二五规划教材)》内容覆盖了工业控制计算机、输入/输出接口与过程通道技术、计算机控制系统的理论基础、计算机控制算法、计算机控制软件技术与工控组态软件、分布式计算机控制系统、计算机控制系统设计与实现等。本书还将MATLAB/Simulink用于计算机控制系统的分析和控制器的设计，以引导读者能按理论分析、仿真研究、工程设计与实现等步骤，循序渐进地进行计算机控制系统的分析、设计和实现。

本书是作者在总结近年的教学和科研成果的基础上，结合计算机控制技术的发展和课程教学内容的改革要求，在第1版的基础上编写而成。

《计算机控制系统(第2版普通高等教育十二五规划教材)》可供自动化类、电气工程类、电子信息类、机械工程类等专业学生作为教材使用，也可供工程技术人员阅读参考。

 前言

第1章 绪论1

 1．1 计算机控制系统概述1

 1．1．1 一般概念1

 1．1．2 系统的组成2

 1．1．3 系统的典型结构4

 1．2 计算机控制系统实例简介7

 1．2．1 计算机过程控制系统7

 1．2．2 计算机运动控制系统8

 1．3 计算机控制系统性能10

 1．3．1 系统性能指标10

 1．3．2 控制对象对控制性能的影响11

 1．4 计算机控制系统的发展概况与趋势11

 1．4．1 发展概况11

 1．4．2 发展趋势13

 思考题与习题14

第2章 输入/输出接口与过程通道技术15

 2．1 输入/输出过程通道概述15

 2．2 模拟量输入通道16

 2．2．1 信号调理16

 2．2．2 多路转换开关24

 2．2．3 可编程增益放大器26

 2．2．4 采样保持器27

 2．2．5 A/D转换器30

 2．2．6 模拟量输入通道设计举例34

 2．3 模拟量输出接口与通道36

 2．3．1 模拟量输出通道36

 2．3．2 D/A转换器及其接口37

 2．3．3 电压/电流转换器40

 2．4 数字量（开关量）输入/输出通道42

 2．4．1 数字量（开关量）输入/输出通道概述42

 2．4．2 数字量（开关量）输入通道42

 2．4．3 数字量（开关量）输出通道44

 2．5 过程通道的抗干扰与可靠性设计46

 2．5．1 干扰源与干扰的耦合46

 2．5．2 过程通道抗干扰措施49

 2．6 测量数据的预处理53

 2．6．1 数字滤波53

 2．6．2 其他数据预处理55

 思考题与习题58

第3章 工业控制计算机60

 3．1 工业控制计算机的特点与组成结构60

 3．1．1 工业控制计算机的特点60

 3．1．2 工业控制计算机的组成结构和分类61

 3．2 工业控制计算机的总线结构64

 3．2．1 总线结构概述及分类64

 3．2．2 常用总线65

 3．3 总线型工业控制计算机67

 3．3．1 IPC工业控制机67

 3．3．2 DCS现场控制站70

 思考题与习题74

第4章 计算机控制系统的理论基础75

 4．1 信号的采样与保持75

 4．1．1 采样过程75

 4．1．2 采样过程的数学描述及特性分析77

 4．1．3 信号保持77

 4．1．4 采样定理78

 4．2 Z变换理论79

 4．2．1 Z变换定义79

 4．2．2 Z变换性质80

 4．2．3 Z变换方法83

 4．2．4 Z反变换84

 4．3 计算机控制系统的数学描述86

 4．3．1 差分方程及其求解86

 4．3．2 脉冲传递函数88

 4．4 计算机控制系统的分析91

 4．4．1 计算机控制系统的稳定性分析91

 4．4．2 计算机控制系统的稳态误差分析94

 4．4．3 计算机控制系统的性能指标96

 4．5 连续系统的离散化97

 4．5．1 连续系统的离散化方法及特点97

 4．5．2 MATLAB在连续域—离散域变换中的应用98

 4．5．3 采样周期及保持器对离散系统的影响102

 思考题与习题103

第5章 数字PID控制算法106

 5．1 准连续PID控制算法106

 5．1．1 模拟PID调节器106

 5．1．2 基本数字PID控制107

 5．2 数字PID控制的改进109

 5．2．1 积分项的改进109

 5．2．2 微分项的改进110

 5．2．3 其他改进算法113

 5．3 数字PID参数的整定113

 5．3．1 PID控制器参数对控制性能的影响113

 5．3．2 控制周期的选取11６

 5．3．3 PID控制参数的工程整定法117

 5．3．4 PID控制参数的自整定法119

 5．4 数字PID控制器的工程实现121

 5．4．1 给定值处理122

 5．4．2 被控量处理123

 5．4．3 偏差处理123

 5．4．4 PID计算124

 5．4．5 控制量处理124

 5．4．6 自动/手动切换125

 5．4．7 无扰动切换126

 5．4．8 PID控制块参数表126

 5．5 MATLAB在数字PID控制器设计中的应用127

 5．5．1 PID控制算法的M文件编写127

 5．5．2 利用Simulink设计数字PID控制器128

 思考题与习题129

第6章 复杂控制算法130

 6．1 数字控制器设计原理130

 6．2 最小拍控制系统的设计131

 6．2．1 最小拍控制原理131

 6．2．2 最小拍控制器设计的稳定性问题135

 6．2．3 无纹波最小拍控制系统设计137

 6．2．4 有限拍控制138

 6．2．5 惯性因子法140

 6．3 纯滞后控制141

 6．3．1 施密斯预估控制141

 6．3．2 大林算法144

 6．4 常用多回路控制146

 6．4．1 串级控制147

 6．4．2 前馈反馈控制149

 6．5 模型预测控制151

 6．5．1 模型预测控制的基本原理151

 6．5．2 模型算法控制152

 6．5．3 动态矩阵控制156

 6．5．4 预测控制软件包160

 6．6 模糊控制163

 6．6．1 模糊控制概述163

 6．6．2 模糊控制的数学基础164

 6．6．3 模糊控制系统的结构与原理173

 6．6．4 模糊控制器的设计步骤与方法176

 6．6．5 模糊控制器的改进180

 6．6．6 MATLAB在模糊控制器设计中的应用182

 思考题与习题185

第7章 计算机控制系统的软件设计186

 7．1 计算机控制系统软件概述186

 7．1．1 系统软件的组成186

 7．1．2 系统软件的功能186

 7．2 实时数据库技术187

 7．2．1 数据库技术概述187

 7．2．2 计算机控制系统中的实时数据库191

 7．2．3 实时数据库的设计193

 7．2．4 实时数据库的实例195

 7．3 计算机控制系统的软件设计199

 7．3．1 应用软件设计的需求199

 7．3．2 操作系统的选择199

 7．3．3 应用程序开发平台203

 7．3．4 实时数据库的选择204

 7．3．5 应用软件的构建205

 7．3．6 应用软件编程的基本方法206

 7．3．7 实时控制程序的结构设计208

 7．4 工控组态软件210

 7．4．1 工控组态软件概述210

 7．4．2 工控组态软件的组成与特点210

 7．4．3 工控组态软件开发及调试213

 7．4．4 用工控组态软件构建应用控制软件的基本步骤216

 思考题与习题216

第8章 分布式计算机控制系统217

 8．1 分布式计算机控制系统概述217

 8．1．1 系统的基本组成217

 8．1．2 系统的特点217

 8．1．3 系统的发展219

 8．2 分布式控制系统（DCS）的体系结构222

 8．2．1 DCS的层次结构222

 8．2．2 DCS的硬件结构223

 8．2．3 DCS的软件结构225

 8．2．4 DCS的网络结构228

 8．2．5 DCS实例228

 8．3 分布式控制系统基本类型230

 8．3．1 集散型控制系统230

 8．3．2 集散型控制系统存在的问题及发展趋势233

 8．3．3 基于IPC构成的分布式控制系统234

 8．3．4 基于PLC构成的分布式控制系统238

 8．4 现场总线控制系统239

 8．4．1 现场总线概述239

 8．4．2 基金会现场总线240

 8．4．3 过程现场总线242

 8．4．4 LonWorks总线243

 8．4．5 HART通信协议245

 8．4．6 CAN总线2478．4．7 现场总线控制系统设计249

 8．5 基于工业以太网和现场总线的分布式控制系统251

 8．5．1 工业以太网技术251

 8．5．2 基于工业以太网和现场总线构成的分布式控制系统256

 思考题与习题257

第9章 计算机控制系统设计与实现258

 9．1 系统设计的原则与步骤258

 9．1．1 系统设计的原则258

 9．1．2 系统设计的步骤259

 9．2 计算机控制系统的可靠性技术262

 9．2．1 控制系统的抗干扰设计262

 9．2．2 控制系统的软件可靠性设计267

 9．2．3 控制系统的冗余设计269

 9．2．4 自动/手动切换269

 9．3 基于工业PC的计算机测控系统设计实例271

 9．3．1 系统方案设计271

 9．3．2 系统硬件设计273

 9．3．3 系统软件设计274

 9．4 基于网络结构的计算机测控系统设计实例1275

 9．4．1 系统方案设计275

 9．4．2 系统网络结构设计279

 9．4．3 系统硬件设备选型与设计280

 9．4．4 系统软件设计及系统组态282

 9．5 基于网络结构的计算机测控系统设计实例2285

 9．5．1 控制功能要求285

 9．5．2 FSSS控制功能287

 9．5．3 CCS控制功能290

 9．5．4 MCS功能291

 9．5．5第三方设备/系统通信站的冗余设计293

 9．5．6 系统配置294

 9．6 带材纠偏计算机控制系统设计实例295

 9．6．1 控制功能要求与方案设计295

 9．6．2 硬件设计方案296

 9．6．3 软件设计方案297

 9．6．4 系统数学模型与控制算法297

 思考题与习题300

参考文献301