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| 內容簡介： |
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本书以“数据流”为主线，从信号处理角度出发，围绕问题描述和解决方案设计与实现两个角度组织材料，介绍计算机控制系统的分析、设计理论和工程实现技术。同时，本书提供了多种学习支持材料，如电子课件、教学指导手册、部分习题解答和线上虚拟仿真实验，能更好地帮助学生认识计算机控制的并发实时任务管理本质，树立正确的国家观、民族观、历史观和文化观。本书适用于自动化类专业本科教学，也适合作为非自动化类专业学生或相关工程技术人员的参考书。
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| 關於作者： |
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李东升，工学博士，副教授，山东省科学技术进步二等奖获得者。承担或参与校级教研项目4项，国家级重点科研项目3项，出版教材1部，科研论文多篇。
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| 目錄：
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目 录
问题篇
第1章 计算机控制系统2
1.1 学习目标2
1.2 系统2
1.3 控制系统4
1.3.1 控制4
1.3.2 从模拟控制到计算机控制4
1.4 计算机控制系统7
1.4.1 基本结构7
1.4.2 构成要素8
1.4.3 特点10
1.5 计算机控制系统的典型架构10
1.5.1 操作指导控制系统11
1.5.2 直接数字控制系统11
1.5.3 监督控制系统12
1.5.4 分布式控制系统13
1.5.5 现场总线控制系统15
1.5.6 网络控制系统16
1.6 计算机控制系统的工程方法17
1.6.1 工程方法的必要性17
1.6.2 基于产品生命周期管理的工程方法18
1.6.3 基于文档的设计19
1.6.4 基于模型的设计21
1.7 线上学习：认识LabVIEW24
1.8 练习题29
1.9 思政讨论：我国的计时技术30
第2章 信号的采样和重构31
2.1 学习目标31
2.2 计算机控制系统的信号问题31
2.2.1 信号问题31
2.2.2 信息与信号32
2.2.3 信息度量34
2.2.4 问题描述35
2.3 信号采样36
2.3.1 采样过程36
2.3.2 线上学习：LabVIEW入门39
2.3.3 采样定理49
2.3.4 工程中的采样52
2.3.5 线上学习：控件与仿真循环55
2.4 信号重构59
2.4.1 香农重构60
2.4.2 保持法重构60
2.5 采样保持电路62
2.5.1 基本电路62
2.5.2 采样保持器64
2.5.3 主要技术参数64
2.6 练习题66
2.7 思政讨论：基于信息的控制67
分析篇
第3章 连续对象的离散行为70
3.1 学习目标70
3.2 连续对象的行为描述70
3.2.1 图形表示法71
3.2.2 解析表示法74
3.3 线上学习：使用LabVIEW建立连续对象模型77
3.3.1 使用仿真函数建立连续对象模型79
3.3.2 使用控件设计函数建立连续对象模型85
3.4 离散观察：计算机视角的对象行为91
3.4.1 图形表示法92
3.4.2 解析表示法92
3.5 线上学习：使用LabVIEW建立离散对象模型94
3.5.1 直接建立离散对象模型94
3.5.2 间接建立离散对象模型98
3.5.3 同类型对象的模型转换105
3.6 混合系统及其行为描述109
3.6.1 混合系统的一般结构109
3.6.2 混合系统的行为描述110
3.6.3 模型互连113
3.7 线上学习：使用LabVIEW建立混合系统模型116
3.7.1 通过仿真函数建立混合系统模型116
3.7.2 通过控件设计VI建立混合系统模型123
3.8 练习题129
3.9 思政讨论：多元的观点，相同的立场130
第4章 期望：行为变化的描述132
4.1 学习目标132
4.2 混合系统的时间响应132
4.2.1 一般形式133
4.2.2 典型响应134
4.3 线上学习：使用LabVIEW辅助计算138
4.3.1 使用仿真函数计算138
4.3.2 使用控件设计VI计算143
4.4 基于频域的行为分析146
4.4.1 稳定性146
4.4.2 鲁棒性155
4.4.3 快速性157
4.5 线上学习：使用LabVIEW辅助分析159
4.5.1 伯德图VI159
4.5.2 奈奎斯特图VI161
4.6 练习题162
4.7 思政讨论：联结个人与社会，释放创新活力164
决策篇
第5章 离散时间控制：模拟设计方法167
5.1 学习目标167
5.2 设计思想167
5.3 离散化方法168
5.3.1 第一类近似：移动平均滤波168
5.3.2 第二类近似：加窗滤波172
5.4 数字PID控制174
5.4.1 模拟PID控制器175
5.4.2 数字PID控制器178
5.4.3 离散化产生的问题与对策180
5.4.4 参数整定183
5.5 线上学习：倒立摆的控制（基于模拟设计方法）185
5.5.1 基于模型的控制设计185
5.5.2 车杆问题186
5.6 练习题190
5.7 思政讨论：站在前人的肩膀上，继往开来191
第6章 离散时间控制：数字设计方法192
6.1 学习目标192
6.2 设计思想192
6.3 频率响应法193
6.4 Ragazzini法196
6.4.1 无限冲激响应滤波196
6.4.2 有限冲激响应滤波198
6.5 状态空间设计法201
6.5.1 极点配置201
6.5.2 状态估计205
6.5.3 能控性和能观性208
6.6 线上学习：倒立摆的控制（基于数字设计方法）209
6.6.1 层次化设计209
6.6.2 车杆问题及求解213
6.7 练习题215
6.8 思政讨论：追随时代的脚步，精益求精216
施效篇
第7章 从函数到算法219
7.1 学习目标219
7.2 计算问题219
7.2.1 计算时延引起的问题220
7.2.2 量化引起的问题221
7.3 可控实现形式227
7.4 运算结构228
7.4.1 基本运算单元229
7.4.2 直接型结构229
7.4.3 串联型结构232
7.4.4 并联型结构233
7.4.5 不同结构的比较234
7.5 线上学习：数字PID控制算法234
7.5.1 数字PID控制234
7.5.2 LabVIEW中的数字PID控制236
7.6 练习题241
第8章 计算机控制：软硬件协同实现244
8.1 学习目标244
8.2 从信号耦合网络到能量耦合网络245
8.2.1 软硬件协同设计245
8.2.2 从信息处理角度看计算机控制250
8.2.3 组件、接口和信号252
8.3 运算设备256
8.3.1 通用计算机256
8.3.2 嵌入式计算机257
8.4 通用I/O接口258
8.4.1 技术指标258
8.4.2 存储器映射259
8.4.3 数据传输方法262
8.4.4 接口操作策略264
8.5 处理不一致的数据266
8.5.1 滤波266
8.5.2 标度变换270
8.5.3 常见的非线性问题及对策271
8.6 线上学习：LabVIEW的仪器控制272
8.6.1 仪器控制272
8.6.2 仪器驱动273
8.6.3 VISA277
8.7 练习题285
第9章 并发实时调度286
9.1 学习目标286
9.2 并发实时调度287
9.2.1 数据驱动的系统287
9.2.2 基本概念288
9.2.3 实时任务调度293
9.3 系统设计：使用状态图298
9.3.1 功能描述298
9.3.2 功能分解300
9.3.3 任务构建301
9.3.4 系统配置304
9.4 可靠性设计模式306
9.4.1 可靠性306
9.4.2 影响系统可靠性的因素307
9.4.3 可靠性设计307
9.5 线上学习：基于模式的系统设计313
9.5.1 设计模式313
9.5.2 经典状态机313
9.5.3 生产者/消费者模式323
9.6 练习题324
参考文献325
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