第一章概論，講述計算機控制系統的發展過程；計算機控制系統在日常生活和科學研究中的意義；計算機控制系統的組成及工作原理；計算機控制的特點、優點和問題；與模擬控制系統的不同之處；計算機控制系統的設計與實現問題以及計算機控制系統的效能指標。
1.計算機控制系統與連續模擬系統類似，主要的差別是用計算機系統取代了模擬控制器。
2.計算機系統主要包括：
．a／d轉換器，將連續模擬訊號轉換為斷續的數字二進位制訊號，送入計算機；
．d／a轉換器，將計算機產生的數字指令訊號轉換為連續模擬訊號(直流電壓)並送給直流電機的放大部件；
．數字計算機(包括硬體及相應軟體)，實現訊號的轉換處理以及工作狀態的邏輯管理，按給定的演算法程式產生相應的控制指令。
3.計算機控制系統的控制過程可以歸結為：
．實時資料採集，即a/d變換器對反饋訊號及指令訊號的瞬時值進行檢測和輸入；
．實時決策，即計算機按給定演算法，依採集的資訊進行控制行為的決策，生成控制指令；
．實時控制，即d/a變換器根據決策結果，適時地向被控物件輸出控制訊號。
4.計算機控制系統就是利用計算機來實現生產過程自動控制的系統。
5.自動控制，是在沒有人直接參與的情況下，通過控制器使生產過程自動地按照預定的規律執行。
6.計算機控制系統的特性
系統規模有大有小
系統型別多種多樣
系統造價有高有低
計算機控制系統不斷推陳出新
7.8.計算機控制系統的分類
按功能分類
1) 資料處理系統
2) 直接數字控制（ddc）
3) 監督控制（scc）
4) 分散型控制
5) 現場匯流排控制系統
按控制規律分類
1) 程式和順序控制
2) 比例積分微分控制（pid）
3) 有限拍控制
4) 複雜控制
5) 智慧型控制
按控制方式分類
1) 開環控制
2) 閉環控制
9.計算機控制系統的結構和組成
10.計算機控制系統的組成
控制演算法
軟體網路
硬體11.硬體平台
運算處理與儲存部分：
cpu，儲存器（ram，rom，eprom，flash-rom，eeprom以及磁碟等），
時鐘，中斷，解碼，匯流排
驅動等。
輸入輸出介面部分：
各種訊號（模擬量，開關量，脈衝量等）的鎖存、轉換、濾波，調理和接線，以及序列通訊等。
人機對話部分：
包括顯示（crt，數碼管，液晶等），鍵入（鍵盤，滑鼠，觸控螢幕等），列印記錄等。
12.硬體平台的設計、開發或應用選型應著重考慮的幾個方面
可靠性可維護性
成本精度與外觀
13.軟體組成
測控軟體
網路軟體
管理軟體
14.常用的程式設計工具
組合語言
高階語言
組態語言
15.控制演算法
控制演算法是閉環控制的核心，是各種控制理論最後應用到工業現場的具體體現。不同的演算法往往適應不同的控制物件，好的演算法穩定性好，適用面寬，引數整定方便。
16.網路
大型控制系統必然是計算機網路組成的，而計算機網路的高速發展又為大型控制系統的構成提供了更好的支援。由於現場匯流排技術的發展，小型控制系統也逐步網路化，其優點是系統更可靠、更經濟、維護跟方便。
17.計算機控制系統的效能指標
系統的穩定性
能控性和能觀測性
動態指標
穩態指標
綜合指標
18.計算機控制研究的課題
數學描述和分析方法
離散系統的效能分析
計算機控制系統的結構設計
計算機控制系統的演算法設計
控制系統的計算機輔助計算和設計
19.計算機控制的發展方向
最優控制
自適應、自學習和自組織系統
系統辨識
分級控制
集散型控制
現場匯流排型控制
20.計算機控制系統優點
易實現複雜控制規律
● 計算機運算速度快、精度高、豐富的邏輯判斷和儲存能力，容易實現複雜的控制規律，如各種智慧型控制等，可以極大地提高系統效能。
計算機控制系統的價效比高
● 一台計算機可以實現複雜控制規律並可同時控制多個控制迴路，因此，它的功能/**比值較高。
適應性強靈活性高
● 控制演算法是由軟程式實現，通過修改或執行不同的軟體可使系統具有不同效能，適應性強，靈活性高。計算機是一種可程式設計的智慧型元件。
一套硬體設計用於不同產品生產過程和物件的控制。
系統測量靈敏度高
● 數字式感測器，可以敏感微弱訊號，提高測量靈敏度。
● 軟體可以對感測器特性進行修正與補償，提高了精度。
控制與管理容易結合實現更高層次的自動化
● 利用網路結構構成計算機控制與管理系統，實現生產過程與經營的管理控制一體化。
系統可靠性和容錯能力高
● 計算機控制系統實現自動檢測和故障診斷較方便，提高了系統的可靠性和容錯及維修能力。
21.計算機控制系統一些缺點與不足
---抗干擾能力較低；
---插入數字部件，訊號複雜，設計實現有一定困難。
22.計算機控制系統的國外市場概況
可程式設計序控制器（plc）
分布式控制系統（dcs）
工業pc機
pid調節器
現場匯流排控制系統（fcs）
23.注意以下幾點：
● 計算機控制系統中的控制器是用數字計算機和a/d及d/a轉換器來實現的。
● 計算機控制系統重要的特點.注意計算機控制系統是乙個混合訊號系統。
● 計算機控制系統具有許多優點．是一種柔性和智慧型化的系統。廣泛用於國防、國民經濟各個領域中不可替代的各種系統。
● 計算機控制系統的理論分析和設計具有許多不同的特點。
第二章計算機控制系統的數學描述和分析方法，訊號的取樣及取樣定理；差分方程與z變換的關係與相互變換；脈衝傳遞函式及其應用；頻率域描述；計算機控制系統的狀態空間描述；時間域特性與頻率域特性分析方法。
1.取樣過程
● 取樣器就是不同形式的「開關」
2.取樣定理（夏農定理）
如果乙個連續訊號不包含高於頻率max的頻率分量（連續訊號中所含頻率分量的最高頻率為max)，那麼就完全可以用週期t 或者說，如果取樣頻率s>2max，那麼就可以從取樣訊號中不失真地恢復原連續訊號。
3.離散系統脈衝傳遞函式(z傳遞函式)定義為：
在初始條件為零時，系統輸出量z變換與輸入量z變換之比
4.離散系統頻率特性定義
頻率特性：在正弦訊號作用下，系統或環節的穩態輸出與輸入的複數之比隨輸入正弦訊號頻率變化的特性。
5.由脈衝傳遞函式建立離散狀態方程
序列法（又稱迭代法）
並行法（又稱部分分式法）
直接法6.離散系統狀態方程的求解
迭代法z變換法
7.計算機控制系統閉環狀態方程
閉環系統的狀態方程，可通過求取系統數字部分、廣義被控物件及反饋部分的狀態方程，整理後得到。
8.系統穩定的充要條件
連續系統----特徵根全在s左半平面,如有特徵根在虛軸上，稱作臨界穩定，由於響應不會依據需要收斂，因此，系統也是不穩定的。
離散系統----特徵根全部位於z平面單位圓內,即每一特徵根的模值應小於1：
9.離散系統穩定性檢測
直接求取特徵方程根
朱利代數穩定判據
10.取樣週期與系統穩定性
離散系統的穩定性比連續系統差。
取樣週期也是影響穩定性的重要引數，一般來說，減小取樣週期，穩定性增強。
11.關於穩態誤差，應注意以下幾個概念：
---系統的穩態誤差只能在系統穩定的前提下求得。
---穩態誤差為無限大並不等於系統不穩定，它只表明該系統不能跟蹤所輸入的訊號，或者說，跟蹤該訊號時將產生無限大的跟蹤誤差。
---上述穩態誤差是由系統的構造（如放大係數和積分環節等）及外界輸入作用所決定的原理誤差。
---系統元部件精度仍可能引入穩態誤差，計算機控制系統，由於a/d及d/a字長有限，會帶來附加的穩態誤差。
第三章計算機控制系統的經典設計，連續域離散化的數位化設計基本原理及步驟；連續控制器的離散化方法：一階前向、後向差分近似法、tustin變換法、匹配z變換法；數字pid控制、時滯補償控制等。
1.連續域—離散化設計的步驟如下：
第1步：根據系統的效能選擇取樣頻率，設計抗混疊前置濾波器。
第2步：考慮zoh的相位滯後，根據效能指標和連續域設計方法，設計數字控制演算法的等效傳遞函式ddc(s) 。
如所取取樣頻率較高，可略去zoh的影響。
第3步：選擇合適的離散化方法，將ddc(s)離散化，獲得脈衝傳遞函式d(z)，使兩者效能盡量等效。
第4步：檢驗計算機控制系統的閉環效能。如滿足指標要求，進行下一步；否則，重新設計。改進設計的途徑有：
選擇更合適的離散化方法。
提高取樣頻率。
修正連續域設計，如增加穩定裕度指標等。
第5步：將d(z)變為數字演算法，在計算機上程式設計實現。
2.離散化方法很多
數值積分法（置換法）---一階向後差法
---一階向前差法
---雙線性變換法
---修正雙線性變換法
零極點匹配法
保持器等價法
z變換法(脈衝響應不變法)
3.數字pid的增量式演算法
1)較為安全。一旦計算機出現故障，輸出控制指令為零，執行機構的位置（如閥門的開度）仍可保持前一步的位置，不會給被控物件帶來較大的擾動。
2)計算時不需進行累加，僅需最近幾次誤差的取樣值。
● 增量式演算法的實質，就是根據誤差三個時刻取樣值，適當加權計算求得的，調整加權值a、b、c即可獲得不同的控制品質和精度。
4.數字pid控制演算法改進
①積分分離法
②遇限削弱積分法
③飽和停止積分法
④反饋抑制積分飽和法
5.微分演算法的改進
不完全微分的pid算式
微分先行pid
第四章計算機控制系統的狀態空間設計，離散系統的可控性與可達性；可觀性與可重構性；取樣系統的可控可觀性與取樣週期的關係；狀態反饋設計；狀態觀測器設計；調節器設計。
第五章計算機控制系統的構建，計算機控制系統的硬體組成與輸入/輸出介面；測試訊號處理與實時軟體程式設計；控制器演算法的結構編排；控制器演算法的程式實現。
1.單板機、微控制器、std工控機、pc工控機和plc構成的計算機控制系統，稱它們為單機控制系統並不表示它們不能連成網路，而是因為它們最初的應用都是以單機方式對生產過程實施控制，並且作為單機控制系統更能體現它們在計算機控制領域的優勢。
2.什麼是匯流排式計算機控制系統
將各功能部分分別制做成獨立的模板，通過匯流排完成cpu對各模板的控制，這就是現今計算機控制系統廣泛採用的匯流排方案。
3.計算機控制系統使用標準匯流排後有如下好處
（1）使用標準匯流排的計算機控制系統必然是模板結構，系統構成靈活，可以根據工藝要求方便地組成所需的控制系統。且維護十分方便。
（2）各生產廠家生產的產品100%相互相容，這樣在乙個系統中可以將同一匯流排標準的不同廠家的模板安裝在乙個機箱中（乙個母槽中）,同樣可以在眾多廠家的產品中選擇最經濟的、最合適的模板。
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1 計算機控制系統的特點 1 實現複雜的控制規律，提高控制質量 2 能夠有效地克服隨機擾動 3 控制規律靈活 多樣 改動方便 4 精度高 穩定性好 抗干擾能力強 5 控制與管理結合，自動化程度進一步提高。計算機控制系統工作過程中的量 數碼訊號 離散信連續訊號 連續離散訊號。計算機控制系統的實時性 實...
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