前言

計算機控制系統分析與設計是機電一體化專業的技術基礎課，該課程是使“控制工程基礎”與“微機原理及接口技術”兩門課程相互銜接的一門基礎理論課程。由于計算機控制系統已廣泛應用于工業、農業、商業、金融、國防等國民經濟部門，因此有關計算機控制系統分析和設計的知識，也成為機電一體化復合型人材的必備知識。

作為教材，本書在論述中力求簡明扼要，前后連貫；在內容安排上，以系統分析和設計為主線。考慮到讀者已有一定的數學基礎，本書在講述控制系統的數學描述方法時，從分析、設計一個系統所需要的數學基礎出發，將理論分析的系統性與目的性密切結合起來，以便讀者利用數學工具進行計算機控制系統的分析與設計。同時，本書注意理論分析與設計方法的緊密結合，對基礎理論的描述由淺入深、由簡到繁，力求給讀者以清晰的物理概念，使讀者既能掌握理論分析的方法，又能從事系統的分析與設計。

書中對每一種設計方法，以提出問題和解決問題的思路及具體步驟為主線，較系統地討論了計算機控制系統的不同分析和設計方法，并結合MATLAB工具進行輔助分析與設計。各章都有一定數量的例題和習題，大部分例題都給出了MATLAB程序，以使讀者便于理解基本概念，較快地掌握各種分析和設計方法的特點，從而能夠針對不同控制對象和要求采用不同的方法進行分析和設計控制系統。

全書共分8章。第1章為概述。第2章介紹機電系統數學模型的建立，包括時域微分方程、復數域傳遞函數及現代控制理論的狀態空間模型。第3章介紹連續時間信號與離散時間信號的相互轉換，研究離散系統的有力工具Z變換（Z反變換）、離散系統的數學模型和脈沖傳遞函數，以及差分方程的求解和脈沖傳遞函數的分析方法。第4章闡述離散控制系統的性能指標，并采用Z變換分析法對線性離散系統的性能進行分析和討論，注重與連續控制系統的比較，為計算機控制系統的分析與設計奠定了基礎。第5、第6章分別討論基于經典控制系統設計方法的計算機控制系統的等價離散化設計方法，以及直接在Z域內進行離散化設計方法。第7章結合現代控制理論中狀態空間設計方法，采用離散狀態空間分析法來研究和分析多變量問題、時變問題等。第8、第9章主要結合MATLAB軟件，分別介紹機電控制系統的計算機輔助分析與設計，以及控制系統特性仿真分析方法。

在內容安排上，考慮到機電一體化專業的課程設置還在不斷地改進，以及課程的系統性，本書中編入了Z變換和線性定常連續系統狀態變量的分析等內容，因此在講授時，可依據學生的實際情況適當刪減。又考慮到學時和篇幅的限制，書中沒有介紹典型的計算機控制系統實例，以及過程控制的輸入/輸出技術和人機接口技術（因這部分作為課程設計的內容為宜）。

本書的編寫既是編者多年來教學和實踐經驗的概括和總結，又博采了目前各教材和著作的精華。參加該書編寫工作的有中北大學趙俊生（第1、6、7章）、趙鵬飛（第8、9章）、方群玲（第3～5章）、山西省電力公司電力科學研究院劉建華（第2章），全書由趙俊生主持編寫和負責統稿。本書成稿后由中北大學教授潘宏俠擔任主審，他從全書的結構到文字表述都給予了較全面、具體的指導，并提出了寶貴的修改意見，在此表示最衷心的感謝！本書的編寫得到電子工業出版社熱情的幫助和指導，以及中北大學教務處的大力支持，在此也表示最真誠的謝意！

一本新書的出版一般都是在認真總結與引用前人知識和智慧的基礎上創新發展起來的，本書的編寫也參考和引用了許多前人優秀教材與研究成果的結晶和精華。在此向本書所參考和引用的資料、文獻、教材的編著者表示最誠摯的敬意和感謝！

本書是21世紀新編教材，既要凸現工學結合、學用一致、理論密切聯系生產實際、“教、學、做”一體化等教學特色，又要注重對大學生素質和技能的培養和提高，所以難度較大。鑒于編者的水平和經驗有限，書中錯誤、疏漏在所難免，懇請讀者和專家批評指正。

編著者

2012.1