前言

“计算机控制技术”作为自动化、自动检测技术、机器人工程等专业的一门核心专业课，其课程体系已经使用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。计算机控制技术的应用领域不再仅仅是流程工业中的温度、压力、液位等过程控制，现在非常热门的工业机器人、智能制造、自动驾驶和边缘计算等领域，也需要计算机控制技术的支持。

目前，能够把数电、模电、单片机原理、微机原理、嵌入式系统、自动控制原理、现场总线与工业以太网、现代数控系统、工业机器人、自动驾驶技术、云计算、边缘计算、分布式控制系统等课程或新技术融合在一起的课程非“计算机控制技术”莫属。

现在，“计算机控制技术”课程一般只有32~40学时，在有限的学时内既要讲述计算机控制的传统知识又要增加新的知识点，只有这样才能够更好地体现本课程的价值，激发学生的学习热情，达到学以致用的目的。

本书采用新体系、新内容、新技术，遵循“新工科”理念，为满足近几年新增专业（如机器人工程、人工智能等）或有关领域和行业对计算机控制新技术的迫切需求而编写。

本书采用的教学体系与其说是一种改革，不如说是一种探索。“计算机控制技术”这门课从教学科研和专业建设发展需求来讲，是一门既必需又重要的核心课。因此，本书的编写本着与时俱进的原则，对社会经济发展、专业学科建设等都具有积极的推动作用。

本书是在机械工业出版社出版的《计算机控制系统》第3版教材的基础上编写而成，主要增修内容如下。

1）保留“计算机控制技术”课程传统的主要教学内容，但内容更精练，利于和传统教学模式相衔接，方便教学，循序渐进。

2）少讲述“单片机原理”等课程的教学内容，为了体系的需要有少量保留。

3）业界普遍认为，以PID及其改进算法作为数字控制器已经能够满足85%以上的控制需求。本科生只需掌握几种数字控制器的应用，就可以为将来的工程应用打下良好的基础。因此，本书不再讲述直接数字控制器的设计、极点配置、大林算法、史密斯预估控制等需要精确数学模型的控制算法，同时不再遵循深讲理论基础的教学思维，而是以控制算法的真实应用为主。如果学生对某些控制算法感兴趣或者有工作需要，可以选修学校开设的其他有关课程或自学。

4）增加了现代数控技术和工业机器人的教学内容。

5）重新编写了现场总线与工业以太网控制网络技术一章，并增加了工业互联网的教学内容。

6）重新编写了计算机控制系统的电磁兼容与抗干扰设计一章，删除了部分内容，并增加了抑制电磁干扰的隔离技术一节。

7）增加了云计算和边缘计算的教学内容。

8）增加了分布式控制系统的设计一章，并在该章中讲述了工业控制系统性能评估和监控。本书的教学内容非常丰富，各高校可以根据本专业的具体需求有选择地讲述相关内容。

另外，建议在教学环节指导学生完成一个“计算机控制技术”的综合课程设计，分值可占总成绩的30%左右。

本书共10章。第1章介绍了计算机控制系统的发展过程、概念、组成、分类、总线技术及采用的技术和发展趋势；第2章详细讲述了过程输入/输出通道，包括常用传感器、变送器、执行器、IEEE 1451智能变送器标准、采样和模拟开关、模拟量输入通道、12位低功耗A/D转换器AD7091R、模拟量输出通道、12/16位串行输入D/A转换器AD5410/AD5420和数字量输入/输出通道；第3章详述了现代数控技术和工业机器人，包括数控系统概述、机床数控系统的分类、数控机床点位控制与点位/直线切削控制、CNC系统的组成与工作原理、开放式数控系统、工业机器人概述、工业机器人的种类与应用领域、工业机器人控制系统与软硬件组成、工业机器人系统体系结构、机器人操作臂位置轨迹追踪控制；第4章讲述了云计算和边缘计算，包括云计算、边缘计算概述、边缘计算的基本结构和特点、边缘计算的基础资源架构技术、边缘计算软件架构、边缘计算安全与隐私保护、APAX-5580/AMAX-5580边缘智能控制器；第5章详述了自动驾驶技术，包括自动驾驶技术概述、自动驾驶技术架构与分级、汽车线控技术、自动驾驶汽车硬件平台、汽车运动控制、自动驾驶环境感知和车载感知系统组成、自动驾驶系统架构、自动驾驶系统的感知与定位技术、自动驾驶汽车的决策与控制技术和自动驾驶平台技术；第6章讲述了计算机控制系统的控制算法，包括被控对象的传递函数与性能指标、PID控制、数字PID算法、PID参数整定、串级控制、前馈-反馈控制和模糊控制；第7章讲述了计算机控制系统的软件设计，包括计算机控制系统软件概述、实时多任务系统、现场控制层的软件系统平台、计算机控制系统软件的关键技术、计算机控制系统软件驱动程序设计、OPC技术、Web技术、常用数字滤波算法与程序设计、标度变换与数据处理和工业控制组态软件；第8章讲述了现场总线与工业以太网控制网络技术，包括现场总线与工业以太网概述、常用现场总线与工业以太网和工业互联网技术；第9章讲述了计算机控制系统的电磁兼容与抗干扰设计，包括电磁兼容技术、抑制电磁干扰的隔离技术、计算机控制系统可靠性设计、抗干扰的硬件措施、抗干扰的软件措施和计算机控制系统的容错设计；第10章讲述了分布式控制系统的设计，包括DCS概述、第四代DCS的体系结构和典型产品、DCS的硬件和软件系统设计、DCS软件系统的关键技术、DCS的安全性和工业控制系统性能评估和监控。

书中实例取自作者近几年的计算机控制系统科研攻关课题。对本书所引用的参考文献作者，在此一并向他们表示真诚的感谢。由于作者水平有限，加上时间仓促，书中不妥之处在所难免，敬请广大读者指正。

编者