本書在《計算機控制系統(tǒng)》(清華大學(xué)出版社，2004)的基礎(chǔ)上，根據(jù)高等學(xué)校自動化專業(yè)系列教材編審委員會制定的招標教材大綱(編號： Auto31V01)編寫成《計算機控制系統(tǒng)》（第2版）(清華大學(xué)出版社，2008)，又經(jīng)過十年的使用、更新、修訂成《計算機控制系統(tǒng)》（第3版）(清華大學(xué)出版社，2019)，并且出版了《計算機控制系統(tǒng)》可視化教學(xué)光盤(清華大學(xué)出版社，2022)。光盤內(nèi)容遠多于《計算機控制系統(tǒng)》（第3版），是作者幾十年授課經(jīng)驗的結(jié)晶，不僅有PPT動畫播放文件，而且有實驗演示視頻。
為了適應(yīng)更多高校教材及不同層次讀者的需求，作者在《計算機控制系統(tǒng)》的基礎(chǔ)上進行精選，修訂成本書。如果讀者有興趣學(xué)習(xí)更多的知識，建議閱讀作者的相關(guān)書籍，詳見參考文獻［1］~［6］。
本書配有豐富的網(wǎng)絡(luò)資源，包括67個講解重點和難點的微課視頻文件 (累計時長約35小時)及對應(yīng)的67個微課視頻講解文件、95個詳細分析和擴展內(nèi)容的教學(xué)課件視頻文件(累計時長約37小時)、5個實驗演示視頻文件 (累計時長約12分鐘)、7個實驗演示講解視頻 (累計時長約4小時)、4個習(xí)題與思考題答案文件、 1個教學(xué)大綱文件以及1個學(xué)習(xí)建議文件。讀者可以掃描對應(yīng)的二維碼獲取上述247個網(wǎng)絡(luò)文件，觀看視頻，相當(dāng)于聽作者講課，身臨其境。這些網(wǎng)絡(luò)資源可幫助讀者加深對知識點的理解，提高學(xué)習(xí)效率，同時獲取更多書本之外的知識。這些網(wǎng)絡(luò)資源文件，既便于老師講課，也利于讀者自學(xué)，其特色是圖文并茂、動靜結(jié)合、一目了然、易教易學(xué)。
本書作者于1970年從清華大學(xué)畢業(yè)，留校任教至今，在清華大學(xué)自動化系從事自動控制理論、自動化儀表及計算機控制的教學(xué)和科研工作。本書匯集了作者多年的教學(xué)經(jīng)驗和科研成果，既具有系統(tǒng)性和先進性，也體現(xiàn)了理論性和實用性。
本書系統(tǒng)地論述了計算機控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、原理、設(shè)計和應(yīng)用，既有理論分析又有應(yīng)用實例。全書共4篇，論述了直接數(shù)字控制（DDC）系統(tǒng)、集散控制系統(tǒng)（DCS）、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）和可編程控制器（PLC）系統(tǒng)4類典型的計算機控制系統(tǒng)。每篇層次分明，條理清晰，體現(xiàn)了系統(tǒng)性、先進性、理論性和實用性。
直接數(shù)字控制（DDC）系統(tǒng)是計算機控制的基礎(chǔ)。本書深入論述了DDC系統(tǒng)的形成、發(fā)展、體系結(jié)構(gòu)、控制算法、硬件、軟件、設(shè)計和應(yīng)用，分析了DDC系統(tǒng)的輸入、輸出、控制和運算功能，并引入功能塊及組態(tài)的概念。
集散控制系統(tǒng)（DCS）是計算機控制的主流系統(tǒng)。本書概述了DCS的產(chǎn)生、發(fā)展、特點和優(yōu)點，論述了DCS的體系結(jié)構(gòu)、控制站、操作員站、工程師站和應(yīng)用設(shè)計。分析了DCS的分散控制和集中管理的設(shè)計思想，以及分而自治和綜合協(xié)調(diào)的設(shè)計原則。
現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）是新型的計算機控制系統(tǒng)。本書概述了現(xiàn)場總線和FCS的產(chǎn)生、特點和優(yōu)點，介紹了低速、中速和高速現(xiàn)場總線，論述了FCS的體系結(jié)構(gòu)、現(xiàn)場控制層和應(yīng)用設(shè)計，敘述了現(xiàn)場總線儀表及其在現(xiàn)場總線上構(gòu)成控制回路的原理。
可編程控制器（PLC）系統(tǒng)是一種以邏輯控制為主、連續(xù)控制為輔的控制系統(tǒng)。本書概述了PLC的功能、原理和體系結(jié)構(gòu)，敘述了指令表（IL）、梯形圖（LD）、功能塊圖（FBD）、順序功能圖（SFC）、結(jié)構(gòu)化文本（ST）5種編程語言，論述了PLC的指令系統(tǒng)和應(yīng)用設(shè)計。
本書既有基礎(chǔ)知識又有先進技術(shù)，既有理論分析又有應(yīng)用實例。本書是研發(fā)與應(yīng)用、理論與實際相結(jié)合的教材，既可以作為高等院校自動化專業(yè)、計算機控制及相關(guān)專業(yè)的教材，也可以供相關(guān)科技人員參考。
在本書的編寫過程中，清華大學(xué)自動化系的很多同事以及同行好友給予了許多支持和幫助，在此對各位同仁表示感謝。
書中難免有缺點和不足之處，殷切希望廣大讀者批評指正。
王錦標教授
清華大學(xué)自動化系
2023年1月
第1篇直接數(shù)字控制系統(tǒng)
第1章DDC系統(tǒng)的概述
1.1DDC系統(tǒng)的形成和發(fā)展
1.1.1DDC系統(tǒng)的形成
1.1.2DDC系統(tǒng)的發(fā)展
1.2DDC系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)
1.2.1DDC系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)
1.2.2DDC系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)
1.2.3DDC系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
本章小結(jié)
第2章DDC系統(tǒng)的控制算法
2.1數(shù)字PID控制算法的原理分析
2.1.1比例（P）控制算法
2.1.2比例積分（PI）控制算法
2.1.3比例微分（PD）控制算法
2.1.4比例積分微分（PID）控制算法
2.1.5比例積分微分（PID）控制算法的差分方程式
2.1.6實際微分PID控制算法
2.1.7PID控制算法中積分項的改進
2.1.8PID控制算法中微分項的改進
2.1.9PID控制算法中P和PI的改進
2.2數(shù)字PID控制算法的工程實現(xiàn)
2.2.1設(shè)定量處理
2.2.2被控量處理
2.2.3偏差處理
2.2.4PID計算
2.2.5控制量處理
2.2.6自動/手動切換
2.3數(shù)字PID控制算法的編程調(diào)試
2.3.1編程方法
2.3.2調(diào)試理想微分PID控制器的開環(huán)階躍響應(yīng)
2.3.3調(diào)試實際微分PID控制器的開環(huán)階躍響應(yīng)
2.3.4調(diào)試單回路PID控制的閉環(huán)階躍響應(yīng)
2.3.5調(diào)試串級PID控制的閉環(huán)階躍響應(yīng)
2.4數(shù)字PID控制算法的工程應(yīng)用
2.4.1單回路PID控制系統(tǒng)
2.4.2串級PID控制系統(tǒng)
2.4.3前饋PID控制系統(tǒng)
2.4.4比值PID控制系統(tǒng)
2.5數(shù)字PID控制算法的參數(shù)整定
2.5.1衰減曲線法
2.5.2穩(wěn)定邊界法
2.5.3動態(tài)特性法
2.5.4控制周期的選取
本章小結(jié)
第3章DDC系統(tǒng)的硬件
3.1DDC系統(tǒng)的主機單元
3.1.1DDC系統(tǒng)的主機
3.1.2DDC系統(tǒng)的通信
3.2DDC系統(tǒng)的輸入/輸出單元
3.2.1模擬量輸入
3.2.2模擬量輸出
3.2.3數(shù)字量輸入
3.2.4數(shù)字量輸出
3.3DDC系統(tǒng)的人機接口單元
3.3.1通用人機接口設(shè)備
3.3.2專用人機接口設(shè)備
本章小結(jié)
第4章DDC系統(tǒng)的軟件
4.1DDC系統(tǒng)的控制運算軟件
4.1.1DDC系統(tǒng)的控制軟件
4.1.2DDC系統(tǒng)的運算軟件
4.2DDC系統(tǒng)的輸入/輸出軟件
4.2.1DDC系統(tǒng)的輸入軟件
4.2.2DDC系統(tǒng)的輸出軟件
4.2.3DDC系統(tǒng)的輸入/輸出標準數(shù)
4.3DDC系統(tǒng)的人機接口軟件
4.3.1DDC系統(tǒng)的操作顯示軟件
4.3.2DDC系統(tǒng)的操作管理軟件
4.4DDC系統(tǒng)的監(jiān)控組態(tài)軟件
4.4.1DDC系統(tǒng)的監(jiān)控組態(tài)軟件的結(jié)構(gòu)
4.4.2DDC系統(tǒng)的監(jiān)控組態(tài)軟件的應(yīng)用
本章小結(jié)
第5章DDC系統(tǒng)的設(shè)計和應(yīng)用
5.1DDC系統(tǒng)的設(shè)計
5.1.1DDC系統(tǒng)的設(shè)計原則
5.1.2DDC系統(tǒng)的設(shè)計過程
5.1.3DDC系統(tǒng)的設(shè)計方法
5.2DDC系統(tǒng)的應(yīng)用
5.2.1DDC系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計
5.2.2DDC系統(tǒng)的應(yīng)用實例
本章小結(jié)
第1篇小結(jié)
第1篇習(xí)題與思考題
第2篇集散控制系統(tǒng)
第6章DCS的概述
6.1DCS的產(chǎn)生和發(fā)展
6.1.1DCS的產(chǎn)生過程
6.1.2DCS的發(fā)展歷程
6.1.3DCS的特點和優(yōu)點
6.2DCS的體系結(jié)構(gòu)
6.2.1DCS的層次結(jié)構(gòu)
6.2.2DCS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
本章小結(jié)
第7章DCS的控制站
7.1DCS控制站的硬件
7.1.1DCS控制站的主控單元
7.1.2DCS控制站的輸入/輸出單元
7.2DCS控制站的軟件
7.2.1DCS控制站的運算控制軟件
7.2.2DCS控制站的輸入/輸出軟件
本章小結(jié)
第8章DCS的操作員站
8.1DCS操作員站的硬件
8.1.1DCS操作員站的主機設(shè)備
8.1.2DCS操作員站的外部設(shè)備
8.2DCS操作員站的畫面
8.2.1DCS操作員站的通用畫面
8.2.2DCS操作員站的專用畫面
8.2.3DCS操作員站的管理畫面
本章小結(jié)
第9章DCS的工程師站
9.1DCS工程師站的組成
9.1.1DCS工程師站的硬件
9.1.2DCS工程師站的軟件
9.2DCS工程師站的組態(tài)
9.2.1DCS系統(tǒng)設(shè)備的組態(tài)
9.2.2DCS控制功能的組態(tài)
9.2.3DCS操作畫面的組態(tài)
本章小結(jié)
第10章DCS的應(yīng)用設(shè)計
10.1DCS的應(yīng)用設(shè)計概述
10.1.1DCS的應(yīng)用設(shè)計目標
10.1.2DCS的應(yīng)用性能評估
10.2DCS的應(yīng)用設(shè)計實例
10.2.1DCS的應(yīng)用工程設(shè)計
10.2.2DCS的應(yīng)用工程實施
本章小結(jié)
第2篇小結(jié)
第2篇習(xí)題與思考題
第3篇現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)
第11章FCS的概述
11.1現(xiàn)場總線和FCS的產(chǎn)生
11.1.1現(xiàn)場總線的產(chǎn)生
11.1.2FCS的產(chǎn)生
11.1.3FCS的特點和優(yōu)點
11.2FCS的體系結(jié)構(gòu)
11.2.1FCS的層次結(jié)構(gòu)
11.2.2FCS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
本章小結(jié)
第12章FCS的現(xiàn)場總線
12.1低速現(xiàn)場總線
12.1.1FFH1
12.1.2HART
12.2中速現(xiàn)場總線
12.2.1PROFIBUS
12.2.2LON
12.3高速現(xiàn)場總線
12.3.1FFHSE
12.3.2PROFInet
本章小結(jié)
第13章FCS的現(xiàn)場控制層
13.1現(xiàn)場總線的設(shè)備
13.1.1現(xiàn)場總線儀表
13.1.2現(xiàn)場總線輔助設(shè)備
13.1.3現(xiàn)場總線接口
13.2現(xiàn)場總線儀表的應(yīng)用塊
13.2.1現(xiàn)場總線儀表的資源塊
13.2.2現(xiàn)場總線儀表的變換塊
13.2.3現(xiàn)場總線儀表的功能塊
13.3現(xiàn)場總線控制回路的構(gòu)成
13.3.1簡單控制回路的構(gòu)成
13.3.2復(fù)雜控制回路的構(gòu)成
本章小結(jié)
第14章FCS的應(yīng)用設(shè)計
14.1FCS的應(yīng)用設(shè)計概述
14.1.1FCS應(yīng)用的總體設(shè)計
14.1.2FCS應(yīng)用的工程設(shè)計
14.1.3FCS應(yīng)用的組態(tài)調(diào)試
14.2FCS的應(yīng)用設(shè)計實例
14.2.1FCS的應(yīng)用實例之一
14.2.2FCS的應(yīng)用實例之二
本章小結(jié)
第3篇小結(jié)
第3篇習(xí)題與思考題
第4篇可編程控制器系統(tǒng)
第15章PLC的概述
15.1PLC的體系結(jié)構(gòu)
15.1.1PLC的硬件結(jié)構(gòu)
15.1.2PLC的軟件結(jié)構(gòu)
15.1.3PLC的層次結(jié)構(gòu)
15.2PLC的功能和編程
15.2.1PLC的控制功能
15.2.2PLC的編程基礎(chǔ)
15.2.3PLC的編程語言
本章小結(jié)
第16章PLC的指令系統(tǒng)
16.1PLC的指令系統(tǒng)概述
16.1.1PLC指令的結(jié)構(gòu)
16.1.2PLC指令的操作符
16.1.3PLC指令的操作數(shù)
16.2S7系列PLC的指令系統(tǒng)
16.2.1S7系列PLC指令的基礎(chǔ)
16.2.2S7系列PLC指令
16.3LK系列PLC的指令系統(tǒng)
16.3.1LK系列PLC指令的基礎(chǔ)
16.3.2LK系列PLC指令
本章小結(jié)
第17章PLC的應(yīng)用設(shè)計
17.1PLC的應(yīng)用設(shè)計概述
17.1.1PLC的應(yīng)用設(shè)計原則
17.1.2PLC的應(yīng)用設(shè)計過程
17.2PLC的應(yīng)用控制回路
17.2.1PLC的啟�？刂苹芈�
17.2.2PLC的連鎖控制回路
17.3PLC的應(yīng)用設(shè)計實例
17.3.1十字路口交通信號燈的邏輯控制
17.3.2物料罐進料的順序控制
本章小結(jié)
第4篇小結(jié)
第4篇習(xí)題與思考題
附錄
參考文獻
書單推薦
