前言 随着控制理论、计算机技术及网络通信技术的发展，计算机控制系统领域不断产生新的理论和方法； 另外，为适应“卓越工程师培养计划”“新工科建设”等教育教学改革新要求，需要编写符合自动化专业培养目标和教学改革要求的新型教材。 本书主要有以下特色： (1) 结合控制工程实际，系统论述计算机控制系统的建模、分析、设计和实现等计算机控制工程问题。强调实际工程应用,突出基本理论与实际应用之间的有机联系，使读者能更好地理解和掌握计算机控制系统的基础知识，并用于解决实际计算机控制系统的工程问题。 (2) 主要内容由工程实例体现。主要内容具有工程背景或是工程实例，具有典型性、代表性。例如，炉温控制系统、直流电动机位置与速度控制、直线电动机位置与速度控制、卫星单轴姿态控制和交通信号灯控制等。提供这些工程实例的实现程序（或代码），方便读者进一步理解计算机控制的主要内容并深入探索相关问题。 (3) 引入前沿理论，拓展传统基础理论的深度和广度。如在采样理论中引入“压缩感知”的理论，拓展采样定理的使用边界。在数字PID控制理论中增加“分数阶PID”内容，拓展PID控制理论和方法。在数字滤波器中引入“粒子滤波器”，增加滤波理论内涵等。前沿理论的引入提高了本书的高阶性和挑战度，启发读者继续探索研究相关问题，也可以为教师开展研究型教学提供素材。 本书主要包括基础理论、设计方法和工程实现三部分内容，主要内容全部基于典型案例体现，突出理论联系实际的特点。本书共9章，第1章介绍计算机控制系统的基本概念和组成、计算机控制系统理论，以及计算机控制系统发展趋势。第2章介绍计算机控制系统的数学描述问题，以香农采样定理为基础，用z变换和z反变换的数学方法描述变换过程，给出时域的差分方程、复数域脉冲传递函数、频域的频率特性、状态空间模型等基础模型理论及特点。第3章计算机控制系统分析，从时域特性和频域特性两方面对计算机控制系统稳定性、稳态性能和暂态性能进行分析，并讨论了模型不准确对系统性能的影响。第4章介绍数字控制器的间接设计原理及方法，深入分析几种常用工程离散化方法特点，结合案例完成控制器设计。第5章介绍数字PID控制理论及重要的设计方法和改进理论方法，引入先进的分数阶PID理论及方法。第6章数字控制器的直接设计方法，从时域和频域两方面进行数字控制器的设计，包括最小拍控制设计方法和大林算法，以及两种方法在工程应用过程中面临的问题和解决方法。第7章介绍基于状态空间模型离散系统的可控性、可观性、状态反馈、状态观测等基本理论，按极点配置设计控制规律和观测器，二次型最优控制的求解理论及方法。第8章计算机控制系统工程实现，介绍计算机控制系统工程设计与实现中的若干理论和实用技术。第9章介绍嵌入式系统及可编程逻辑控制器的特点，以及工程控制系统的设计理论和方法。 本书编写人员多年来在北京交通大学计算机控制系统的教学与实际工程应用方面均积累了一定的实践经验，力图在教材的编写思想与具体内容方面有所反映。本书编写坚持以工程案例为素材，反映基础理论、设计方法和工程实现，并提供大量相关案例的设计代码，便于读者更深入地理解本书内容，或继续进行相关研究工作。本书第1、7、9章由张三同编写，第4、5、6章由张文静编写，第2、3章由苗宇编写，第8章由孙绪彬编写，全书由张三同统稿。 学习本书的背景知识： 一般连续控制系统理论及微机原理与接口技术的基本知识。 在本书的编写过程中，编者参考了大量与计算机控制理论相关的教材与专著，特别是近年来国内出版的新教材 及国外的经典教材，从中得到了许多启发，在此对这些参考文献的作者表示感谢。本书的出版还得到了清华大学出版社的大力支持，在此致以衷心感谢。 由于编者的知识和经验有限，书中不妥之处在所难免，期望得到读者的批评指正。 编者 2023年10月

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