前言 在这个技术日新月异的时代，计算机控制系统作为现代工业自动化的脊梁，承担着提高生产效率、保障产品质量和促进技术创新的重任。计算机控制系统已经成为现代工业自动化和智能制造的核心。本书旨在提供一个系统的知识结构，帮助读者深入理解计算机控制系统的理论基础、设计原则、实践应用以及未来发展方向。 “计算机控制技术”课程是自动化、自动检测技术、机器人工程等专业的一门核心专业课，其课程体系已经沿用30多年，无论教学内容还是所讲技术，均已陈旧，既不能满足社会经济发展和现代教学的需要，也不能激发学生的学习热情。特别是在“新工科”的背景下，该课程的教学体系、教学内容、所讲技术迫切需要改革和更新。计算机控制的应用场景不再仅仅是流程工业中的温度、压力、液位等过程控制，现在非常热门的领域或行业，如工业机器人、智能制造、自动驾驶和边缘计算等，均需要计算机控制技术的支持。 本书的特点主要体现在以下几方面。 （1） 理论与实践相结合。本书在编写过程中注重理论知识与实际应用的结合，不仅系统地介绍了计算机控制系统的理论基础，还通过具体的设计案例展示了理论知识在实际工程中的应用，旨在培养读者的工程实践能力和创新思维。 （2） 内容全面系统。全书内容覆盖计算机控制系统设计的各个重要组成部分，从基础概念、硬件设计、软件设计到先进控制技术、工业网络通信技术及电磁兼容等，为读者提供了一个全面、系统的知识结构。 （3） 前沿技术介绍。本书着重介绍了计算机控制领域的新兴技术及应用，如工业机器人、智能制造、自动驾驶汽车技术、云计算和边缘计算等，反映了计算机控制技术的最新发展趋势，为读者打开了一扇了解未来技术发展的窗口。 （4） 丰富的学习资源。书中设置了大量的图表和案例，旨在帮助读者更好地理解和掌握计算机控制技术的相关知识。同时，本书提供了丰富的参考文献，便于读者深入研究和拓展知识。 （5） 专业性强。本书基于编者30多年的教学与科研实践经验编写，吸收了国内外计算机控制系统设计中的最新技术，专业性强，既适用于高等院校相关专业的本科生和研究生的教学，也可作为从事计算机控制系统设计的工程技术人员的参考书籍。 （6） 注重工程应用价值。本书在理论讲解和实践操作之间寻求平衡，强调每个知识点的工程应用价值，旨在帮助读者将所学知识应用于实际工程项目中，推动计算机控制技术的进步和工业自动化的发展。 全书共11章。第1章为绪论，从计算机控制理论的基础出发，回顾其发展历程，逐步引入计算机控制系统的基本概念，展开对其组成部分的阐述，并进行分类，探讨当前计算机控制系统采用的技术，并对未来的发展趋势进行预测，为读者提供一个宏观的视角理解这一领域。 第2章为微控制器与总线技术，讲述了微控制器技术的特点和内部/外部总线技术。这些是构成计算机控制系统的基础，理解这些技术对于深入掌握计算机控制系统至关重要。 第3章深入讲述了集散控制系统的基本概念、基本结构、体系结构以及构成示例，特别对ECS700集散控制系统进行了案例分析，以便读者能够通过实例更好地理解理论。 第4章为计算机控制系统的硬件设计，详细讲解了传感器、变送器、执行器等硬件组件，以及它们在控制系统中的关键作用和设计要点。此外，本章还涵盖了量程自动转换、系统误差的自动校正、采样和模拟开关技术，以及模拟量/数字量输入/输出通道的设计，为读者提供硬件设计的全面知识。 第5章为计算机控制中的新兴技术及应用，讲述了工业机器人、智能制造、自动驾驶汽车技术、云计算和边缘计算等前沿技术。这些内容不仅反映了计算机控制技术的最新发展趋势，也为读者打开了一扇探寻未来可能技术发展的大门。 第6章为常规与复杂控制技术，从被控对象的数学模型出发，深入讨论性能指标的重要性，以及如何通过PID控制、数字PID算法等方法实现对系统的精确控制。本章不仅涵盖了控制理论的经典内容，也介绍了串级控制、前馈反馈控制等复杂控制技术，为读者打开了一扇理解和应用高级控制策略的窗口。 第7章为先进控制技术，将视野拓展至模糊控制、模型预测控制、神经控制系统以及专家控制技术等领域。这些内容不仅体现了控制技术的最新研究成果，也为读者展示了如何将先进的控制理论应用于解决实际问题。 第8章为计算机控制系统的软件设计，引导读者了解计算机控制系统软件的核心概念，探讨实时多任务系统的设计与实现，以及如何利用OPC技术、Web技术等实现系统的高效运行。 第9章为工业控制网络技术，讲述现场总线、工业以太网、工业互联网以及无线传感网络与物联网技术，这些内容是理解现代工业网络通信的基础，并为构建未来工业系统提供了必要的技术支持。 第10章为计算机控制系统的电磁兼容与抗干扰设计，讲述计算机控制系统设计中的电磁兼容问题，提供一系列硬件与软件的抗干扰措施，以确保系统的稳定性和可靠性。 第11章为计算机控制系统设计实例，通过具体的设计案例，将理论与实践相结合，展示计算机控制系统设计的综合应用。 本书旨在为工程师、学生以及所有对计算机控制系统感兴趣的读者提供一本全面的参考书籍。希望通过本书，读者能够获得宝贵的知识，激发创新思维，并在实践中应用所学，以推动计算机控制技术的进步和工业自动化的发展。 本书不仅适用于高等院校自动化、机器人工程、自动检测、机电一体化、人工智能、电子与电气工程、计算机应用、信息工程等相关专业的本科生和研究生的教学，而且可以作为从事计算机控制系统设计的工程技术人员的参考书。书中的内容力求覆盖最新的技术动态和工程实践，同时在理论讲解和实践操作之间寻求平衡，以培养读者的工程实践能力和创新思维。 在编写本书的过程中，编者努力确保每一章节的内容都准确、清晰、易于理解，同时注重每个知识点的工程应用价值。为了更好地服务于读者的学习和应用，书中设置了大量的图表和案例，并提供了丰富的参考文献，以便读者深入研究和拓展知识。 本书理论联系实际，突出工程应用，全面系统地介绍了计算机控制系统的各个重要组成部分，是在编者30多年教学与科研实践经验的基础上，吸收了国内外计算机控制系统设计中所用的最新技术编写而成的。 本书是编者教学和科研实践的总结，书中实例取自编者近几年的计算机控制系统的科研攻关课题。对本书中所引用的参考文献的作者，在此一并表示真诚的感谢。 由于编者水平有限，加上时间仓促，书中不妥之处在所难免，敬请广大读者不吝指正。 编者 2024年10月