前言

计算机控制系统分析与设计是机电一体化专业的技术基础课，该课程是使“控制工程基础”与“微机原理及接口技术”两门课程相互衔接的一门基础理论课程。由于计算机控制系统已广泛应用于工业、农业、商业、金融、国防等国民经济部门，因此有关计算机控制系统分析和设计的知识，也成为机电一体化复合型人材的必备知识。

作为教材，本书在论述中力求简明扼要，前后连贯；在内容安排上，以系统分析和设计为主线。考虑到读者已有一定的数学基础，本书在讲述控制系统的数学描述方法时，从分析、设计一个系统所需要的数学基础出发，将理论分析的系统性与目的性密切结合起来，以便读者利用数学工具进行计算机控制系统的分析与设计。同时，本书注意理论分析与设计方法的紧密结合，对基础理论的描述由浅入深、由简到繁，力求给读者以清晰的物理概念，使读者既能掌握理论分析的方法，又能从事系统的分析与设计。

书中对每一种设计方法，以提出问题和解决问题的思路及具体步骤为主线，较系统地讨论了计算机控制系统的不同分析和设计方法，并结合MATLAB工具进行辅助分析与设计。各章都有一定数量的例题和习题，大部分例题都给出了MATLAB程序，以使读者便于理解基本概念，较快地掌握各种分析和设计方法的特点，从而能够针对不同控制对象和要求采用不同的方法进行分析和设计控制系统。

全书共分8章。第1章为概述。第2章介绍机电系统数学模型的建立，包括时域微分方程、复数域传递函数及现代控制理论的状态空间模型。第3章介绍连续时间信号与离散时间信号的相互转换，研究离散系统的有力工具Z变换（Z反变换）、离散系统的数学模型和脉冲传递函数，以及差分方程的求解和脉冲传递函数的分析方法。第4章阐述离散控制系统的性能指标，并采用Z变换分析法对线性离散系统的性能进行分析和讨论，注重与连续控制系统的比较，为计算机控制系统的分析与设计奠定了基础。第5、第6章分别讨论基于经典控制系统设计方法的计算机控制系统的等价离散化设计方法，以及直接在Z域内进行离散化设计方法。第7章结合现代控制理论中状态空间设计方法，采用离散状态空间分析法来研究和分析多变量问题、时变问题等。第8、第9章主要结合MATLAB软件，分别介绍机电控制系统的计算机辅助分析与设计，以及控制系统特性仿真分析方法。

在内容安排上，考虑到机电一体化专业的课程设置还在不断地改进，以及课程的系统性，本书中编入了Z变换和线性定常连续系统状态变量的分析等内容，因此在讲授时，可依据学生的实际情况适当删减。又考虑到学时和篇幅的限制，书中没有介绍典型的计算机控制系统实例，以及过程控制的输入/输出技术和人机接口技术（因这部分作为课程设计的内容为宜）。

本书的编写既是编者多年来教学和实践经验的概括和总结，又博采了目前各教材和著作的精华。参加该书编写工作的有中北大学赵俊生（第1、6、7章）、赵鹏飞（第8、9章）、方群玲（第3～5章）、山西省电力公司电力科学研究院刘建华（第2章），全书由赵俊生主持编写和负责统稿。本书成稿后由中北大学教授潘宏侠担任主审，他从全书的结构到文字表述都给予了较全面、具体的指导，并提出了宝贵的修改意见，在此表示最衷心的感谢！本书的编写得到电子工业出版社热情的帮助和指导，以及中北大学教务处的大力支持，在此也表示最真诚的谢意！

一本新书的出版一般都是在认真总结与引用前人知识和智慧的基础上创新发展起来的，本书的编写也参考和引用了许多前人优秀教材与研究成果的结晶和精华。在此向本书所参考和引用的资料、文献、教材的编著者表示最诚挚的敬意和感谢！

本书是21世纪新编教材，既要凸现工学结合、学用一致、理论密切联系生产实际、“教、学、做”一体化等教学特色，又要注重对大学生素质和技能的培养和提高，所以难度较大。鉴于编者的水平和经验有限，书中错误、疏漏在所难免，恳请读者和专家批评指正。

编著者

2012.1