為適應(yīng)我國對高等學(xué)校自動化專業(yè)人才培養(yǎng)的需要，配合各高校教學(xué)改革的進程，創(chuàng)建一套符合自動化專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和教學(xué)改革要求的新型自動化專業(yè)系列教材，“教育部高等學(xué)校自動化專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)分委員會”（簡稱“教指委”）聯(lián)合了“中國自動化學(xué)會教育工作委員會”、“中國電工技術(shù)學(xué)會高校工業(yè)自動化教育專業(yè)委員會”、“中國系統(tǒng)仿真學(xué)會教育工作委員會”和“中國機械工業(yè)教育協(xié)會電氣工程及自動化學(xué)科委員會”四個委員會，以教學(xué)創(chuàng)新為指導(dǎo)思想，以教材帶動教學(xué)改革為方針，設(shè)立專項資助基金，采用全國公開招標(biāo)方式，組織編寫出版一套自動化專業(yè)系列教材——《全國高等學(xué)校自動化專業(yè)系列教材》。
本系列教材主要面向本科生，同時兼顧研究生； 覆蓋面包括專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)核心課、專業(yè)選修課、實踐環(huán)節(jié)課和專業(yè)綜合訓(xùn)練課； 重點突出自動化專業(yè)基礎(chǔ)理論和前沿技術(shù)； 以文字教材為主，適當(dāng)包括多媒體教材； 以主教材為主，適當(dāng)包括習(xí)題集、實驗指導(dǎo)書、教師參考書、多媒體課件、網(wǎng)絡(luò)課程腳本等輔助教材； 力求做到符合自動化專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)、反映自動化專業(yè)教育改革方向、滿足自動化專業(yè)教學(xué)需要； 努力創(chuàng)造使之成為具有先進性、創(chuàng)新性、適用性和系統(tǒng)性的特色品牌教材。
本系列教材在“教指委”的領(lǐng)導(dǎo)下，從2004年起，通過招標(biāo)機制，計劃用3~4年時間出版50本左右教材，2006年開始陸續(xù)出版問世。為滿足多層面、多類型的教學(xué)需求，同類教材可能出版多種版本。
本系列教材的主要讀者群是自動化專業(yè)及相關(guān)專業(yè)的大學(xué)生和研究生，以及相關(guān)領(lǐng)域和部門的科學(xué)工作者和工程技術(shù)人員。我們希望本系列教材既能為在校大學(xué)生和研究生的學(xué)習(xí)提供內(nèi)容先進、論述系統(tǒng)和適于教學(xué)的教材或參考書，也能為廣大科學(xué)工作者和工程技術(shù)人員的知識更新與繼續(xù)學(xué)習(xí)提供適合的參考資料。感謝使用本系列教材的廣大教師、學(xué)生和科技工作者的熱情支持，并歡迎提出批評和意見。

《全國高等學(xué)校自動化專業(yè)系列教材》編審委員會

2005年10月于北京

《全國高等學(xué)校自動化專業(yè)系列教材》編審委員會

顧問 （按姓氏筆畫）：
王行愚（華東理工大學(xué)）馮純伯（東南大學(xué)）
孫優(yōu)賢（浙江大學(xué)）吳啟迪（同濟大學(xué)）
張嗣瀛（東北大學(xué)）陳伯時（上海大學(xué)）
陳翰馥（中國科學(xué)院）鄭大鐘（清華大學(xué)）
鄭南寧（西安交通大學(xué)）韓崇昭（西安交通大學(xué)）主任委員： 吳澄（清華大學(xué)）副主任委員： 趙光宙（浙江大學(xué)）蕭德云（清華大學(xué)）委員 （按姓氏筆畫）：
王雄（清華大學(xué)）方華京（華中科技大學(xué)）
史震（哈爾濱工程大學(xué)）田作華（上海交通大學(xué)）
盧京潮（西北工業(yè)大學(xué)）孫鶴旭（河北工業(yè)大學(xué)）
劉建昌（東北大學(xué)）吳剛（中國科技大學(xué)）
吳成東（沈陽建筑工程學(xué)院）吳愛國（天津大學(xué)）
陳慶偉（南京理工大學(xué)）陳興林（哈爾濱工業(yè)大學(xué)）
鄭志強（國防科技大學(xué)）趙曜（四川大學(xué)）
段其昌（重慶大學(xué)）程鵬（北京航空航天大學(xué)）
謝克明（太原理工大學(xué)）韓九強（西安交通大學(xué)）
褚�。ㄕ憬�大學(xué)）蔡鴻程（清華大學(xué)出版社）
廖曉鐘（北京理工大學(xué)）戴先中（東南大學(xué)）
工作小組（組長）： 蕭德云（清華大學(xué)）
（成員）： 陳伯時（上海大學(xué)）鄭大鐘（清華大學(xué)）
田作華（上海交通大學(xué)）趙光宙（浙江大學(xué)）
韓九強（西安交通大學(xué)）陳興林（哈爾濱工業(yè)大學(xué)）
陳慶偉（南京理工大學(xué)）
（助理）： 郭曉華（清華大學(xué)）責(zé)任編輯： 王一玲（清華大學(xué)出版社）

自動化學(xué)科有著光榮的歷史和重要的地位， 20世紀(jì)50年代我國政府就十分重視自動化學(xué)科的發(fā)展和自動化專業(yè)人才的培養(yǎng)。五十多年來，自動化科學(xué)技術(shù)在眾多領(lǐng)域發(fā)揮了重大作用，如航空、航天等，“兩彈一星”的偉大工程就包含了許多自動化科學(xué)技術(shù)的成果。自動化科學(xué)技術(shù)也改變了我國工業(yè)整體的面貌，不論是石油化工、電力、鋼鐵，還是輕工、建材、醫(yī)藥等領(lǐng)域都要用到自動化手段，在國防工業(yè)中自動化的作用更是巨大的�，F(xiàn)在，世界上有很多非�；钴S的領(lǐng)域都離不開自動化技術(shù)，比如機器人、月球車等。另外，自動化學(xué)科對一些交叉學(xué)科的發(fā)展同樣起到了積極的促進作用，例如網(wǎng)絡(luò)控制、量子控制、流媒體控制、生物信息學(xué)、系統(tǒng)生物學(xué)等學(xué)科就是在系統(tǒng)論、控制論、信息論的影響下得到不斷的發(fā)展。在整個世界已經(jīng)進入信息時代的背景下，中國要完成工業(yè)化的任務(wù)還很重，或者說我們正處在后工業(yè)化的階段。因此，國家提出走新型工業(yè)化的道路和“信息化帶動工業(yè)化，工業(yè)化促進信息化”的科學(xué)發(fā)展觀，這對自動化科學(xué)技術(shù)的發(fā)展是一個前所未有的戰(zhàn)略機遇。
機遇難得，人才更難得。要發(fā)展自動化學(xué)科，人才是基礎(chǔ)、是關(guān)鍵。高等學(xué)校是人才培養(yǎng)的基地，或者說人才培養(yǎng)是高等學(xué)校的根本。作為高等學(xué)校的領(lǐng)導(dǎo)和教師始終要把人才培養(yǎng)放在第一位，具體對自動化系或自動化學(xué)院的領(lǐng)導(dǎo)和教師來說，要時刻想著為國家關(guān)鍵行業(yè)和戰(zhàn)線培養(yǎng)和輸送優(yōu)秀的自動化技術(shù)人才。
影響人才培養(yǎng)的因素很多，涉及教學(xué)改革的方方面面，包括如何拓寬專業(yè)口徑、優(yōu)化教學(xué)計劃、增強教學(xué)柔性、強化通識教育、提高知識起點、降低專業(yè)重心、加強基礎(chǔ)知識、強調(diào)專業(yè)實踐等，其中構(gòu)建融會貫通、緊密配合、有機聯(lián)系的課程體系，編寫有利于促進學(xué)生個性發(fā)展、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的教材尤為重要。清華大學(xué)吳澄院士領(lǐng)導(dǎo)的《全國高等學(xué)校自動化專業(yè)系列教材》編審委員會，根據(jù)自動化學(xué)科對自動化技術(shù)人才素質(zhì)與能力的需求，充分吸取國外自動化教材的優(yōu)勢與特點，在全國范圍內(nèi)，以招標(biāo)方式，組織編寫了這套自動化專業(yè)系列教材，這對推動高等學(xué)校自動化專業(yè)發(fā)展與人才培養(yǎng)具有重要的意義。這套系列教材的建設(shè)有新思路、新機制，適應(yīng)了高等學(xué)校教學(xué)改革與發(fā)展的新形勢，立足創(chuàng)建精品教材，重視實踐性環(huán)節(jié)在人才培養(yǎng)中的作用，采用了競爭機制，以激勵和推動教材建設(shè)。在此，我謹(jǐn)向參與本系列教材規(guī)劃、組織、編寫的老師致以誠摯的感謝，并希望該系列教材在全國高等學(xué)校自動化專業(yè)人才培養(yǎng)中發(fā)揮應(yīng)有的作用。

教授2005年10月于教育部


《全國高等學(xué)校自動化專業(yè)系列教材》編審委員會在對國內(nèi)外部分大學(xué)有關(guān)自動化專業(yè)的教材做深入調(diào)研的基礎(chǔ)上，廣泛聽取了各方面的意見，以招標(biāo)方式，組織編寫了一套面向全國本科生（兼顧研究生）、體現(xiàn)自動化專業(yè)教材整體規(guī)劃和課程體系、強調(diào)專業(yè)基礎(chǔ)和理論聯(lián)系實際的系列教材，自2006年起將陸續(xù)面世。全套系列教材共50多本，涵蓋了自動化學(xué)科的主要知識領(lǐng)域，大部分教材都配置了包括電子教案、多媒體課件、習(xí)題輔導(dǎo)、課程實驗指示書等立體化教材配件。此外，為強調(diào)落實“加強實踐教育，培養(yǎng)創(chuàng)新人才”的教學(xué)改革思想，還特別規(guī)劃了一組專業(yè)實驗教程,包括《自動控制原理實驗教程》、《運動控制實驗教程》、《過程控制實驗教程》、《檢測技術(shù)實驗教程》和《計算機控制系統(tǒng)實驗教程》等。
自動化科學(xué)技術(shù)是一門應(yīng)用性很強的學(xué)科，面對的是各種各樣錯綜復(fù)雜的系統(tǒng)，控制對象可能是確定性的，也可能是隨機性的；控制方法可能是常規(guī)控制，也可能需要優(yōu)化控制。這樣的學(xué)科專業(yè)人才應(yīng)該具有什么樣的知識結(jié)構(gòu)，又應(yīng)該如何通過專業(yè)教材來體現(xiàn)，這正是“系列教材編審委員會”規(guī)劃系列教材時所面臨的問題。為此，設(shè)立了《自動化專業(yè)課程體系結(jié)構(gòu)研究》專項研究課題，成立了由清華大學(xué)蕭德云教授負(fù)責(zé)，包括清華大學(xué)、上海交通大學(xué)、西安交通大學(xué)和東北大學(xué)等多所院校參與的聯(lián)合研究小組，對自動化專業(yè)課程體系結(jié)構(gòu)進行深入的研究，提出了按“控制理論與工程、控制系統(tǒng)與技術(shù)、系統(tǒng)理論與工程、信息處理與分析、計算機與網(wǎng)絡(luò)、軟件基礎(chǔ)與工程、專業(yè)課程實驗”等知識板塊構(gòu)建的課程體系結(jié)構(gòu)。以此為基礎(chǔ)，組織規(guī)劃了一套涵蓋幾十門自動化專業(yè)基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程的系列教材。從基礎(chǔ)理論到控制技術(shù)，從系統(tǒng)理論到工程實踐，從計算機技術(shù)到信號處理，從設(shè)計分析到課程實驗，涉及的知識單元多達數(shù)百個、知識點幾千個，介入的學(xué)校50多所，參與的教授120多人，是一項龐大的系統(tǒng)工程。從編制招標(biāo)要求、公布招標(biāo)公告，到組織投標(biāo)和評審，最后商定教材大綱，凝聚著全國百余名教授的心血，為的是編寫出版一套具有一定規(guī)模、富有特色的，既考慮研究型大學(xué)又考慮應(yīng)用型大學(xué)的自動化專業(yè)創(chuàng)新型系列教材。
然而，如何進一步構(gòu)建完善的自動化專業(yè)教材體系結(jié)構(gòu)？如何建設(shè)基礎(chǔ)知識與最新知識有機融合的教材？如何充分利用現(xiàn)代技術(shù)，適應(yīng)現(xiàn)代大學(xué)生的接受習(xí)慣，改變教材單一形態(tài)，建設(shè)數(shù)字化、電子化、網(wǎng)絡(luò)化等多元形態(tài)、開放性的“廣義教材”？等等，這些都還有待我們進行更深入的研究。
本套系列教材的出版，對更新自動化專業(yè)的知識體系、改善教學(xué)條件、創(chuàng)造個性化的教學(xué)環(huán)境，一定會起到積極的作用。但是由于受各方面條件所限，本套教材從整體結(jié)構(gòu)到每本書的知識組成都可能存在許多不當(dāng)甚至謬誤之處，還望使用本套教材的廣大教師、學(xué)生及各界人士不吝批評指正。

院士2005年10月于清華大學(xué)

計算機在實時控制領(lǐng)域中獲得了廣泛的應(yīng)用。在國民經(jīng)濟及國防等各個領(lǐng)域中，采用計算機控制是現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。計算機控制學(xué)科涉及計算機控制的基本理論、分析、設(shè)計與工程實現(xiàn)等多方面內(nèi)容。
本書是依照“全國高等學(xué)校自動化專業(yè)系列教材編審委員會”審定的教材大綱編寫的。
本書兼顧計算機控制基本原理和實現(xiàn)技術(shù)兩大方面的教學(xué)要求。通過本書的學(xué)習(xí)，讀者可在計算機控制基本原理和實現(xiàn)技術(shù)方面獲得較全面的培養(yǎng)和鍛煉。全書除第1章外， 其余各章可分為三部分： (1)計算機控制的理論基礎(chǔ)（第2 ～ 4章）�？紤]到這部分內(nèi)容較為成熟，在前修課的基礎(chǔ)上，將簡練、系統(tǒng)、深入地講述一些基礎(chǔ)性的內(nèi)容； (2)計算機控制系統(tǒng)設(shè)計（第5 ～ 6章）。遵循經(jīng)典與現(xiàn)代設(shè)計方法并重的原則，重點討論連續(xù)離散化設(shè)計、離散域根軌跡設(shè)計、w′[WTXT〗域設(shè)計和狀態(tài)空間設(shè)計等相關(guān)內(nèi)容； (3)計算機控制系統(tǒng)工程實現(xiàn)技術(shù)（第7 ～ 10章）。由于計算機硬軟件技術(shù)發(fā)展日新月異，因此，在論述基本工程實現(xiàn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，重點介紹了現(xiàn)代先進計算機控制的實現(xiàn)技術(shù)。除第7章介紹一些基本的工程實現(xiàn)技術(shù)外，第8 ～ 9章分別討論了嵌入式系統(tǒng)、可編程控制器、集散式系統(tǒng)、現(xiàn)場總線和網(wǎng)絡(luò)控制等先進控制技術(shù)。第10章介紹了3個計算機控制系統(tǒng)實例，以增強讀者的感性認(rèn)識。鑒于自動控制專業(yè)學(xué)生在微機原理及接口技術(shù)等相關(guān)課程中對計算機系統(tǒng)硬件已有較系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，本書將不再重復(fù)，但在論述計算機控制系統(tǒng)構(gòu)建及實現(xiàn)技術(shù)時，從應(yīng)用的角度上討論了相關(guān)問題。為了加強教材理論聯(lián)系實際和實踐能力的培養(yǎng)，本書在組織教材的基本內(nèi)容時，特別注意論述工程中常用的方法和解釋實踐中比較關(guān)心的問題。此外，各章節(jié)將結(jié)合具有典型工程背景的實例進行相關(guān)內(nèi)容的論述，大部分例題和習(xí)題均有各種實際應(yīng)用背景，并且結(jié)合工程實例和配合典型實驗系統(tǒng)設(shè)置習(xí)題作業(yè)，使學(xué)生在初級階段就可以從事一些簡單系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)任務(wù)。本書在論述計算機控制系統(tǒng)分析、設(shè)計時，充分恰當(dāng)?shù)厥褂昧爽F(xiàn)代的計算工具MATLAB及Simulink軟件，特別是，應(yīng)用了其中的符號語言工具箱，將有效地幫助學(xué)生完成復(fù)雜計算，實現(xiàn)系統(tǒng)的分析和設(shè)計。
本書書末有2個附錄，分別為z變換表和各章的習(xí)題。為了幫助讀者學(xué)習(xí)和運用所學(xué)知識解決問題的能力，本書給出了較多的習(xí)題。隨書將附帶一張光盤，其中包括本書在分析設(shè)計和仿真中涉及到的MATLAB常用指令表、MATLAB軟件符號語言工具箱以及本書部分習(xí)題的解答。另外還提供基于本書內(nèi)容的電子教案，以便于選擇該教材的教師教學(xué)時使用。
本書可供自動控制(自動化)專業(yè)本科及研究生教學(xué)使用，亦可供電氣、儀器儀表及機電一體化等專業(yè)選用。為了滿足學(xué)生的自主性、研究性學(xué)習(xí)要求，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，激發(fā)學(xué)生的潛能，滿足培養(yǎng)優(yōu)秀生的要求，在組織教材內(nèi)容時，適量地編入了某些較深入或前沿問題，習(xí)題中也包括了一些難度稍大的問題，教學(xué)時可以適當(dāng)選用。對于普通高校自動控制專業(yè)本科生，通�？蛇x用第1章及第2～4章的重點內(nèi)容和第5、6及7、8各章。根據(jù)教學(xué)大綱及學(xué)時要求，亦可放棄第6章及第8章的學(xué)習(xí)。第9、10章可供教學(xué)和優(yōu)秀生學(xué)習(xí)參考。
學(xué)習(xí)本書的知識背景是：一般連續(xù)控制理論以及微機原理和接口技術(shù)的基本知識。
本書是在北京航空航天大學(xué)計算機控制教學(xué)小組近20年教學(xué)、編寫及使用多本教材所積累的經(jīng)驗并參閱了近年來國內(nèi)外有關(guān)教材的基礎(chǔ)上編寫的。多年來本學(xué)科在計算機控制系統(tǒng)分析、設(shè)計和實現(xiàn)技術(shù)方面積累了一定的經(jīng)驗，這些經(jīng)驗在相應(yīng)章節(jié)中做了一定的反映，本教材可以看作是北京航空航天大學(xué)自動控制系計算機控制教學(xué)小組集體編著的。全書由高金源教授與夏潔副教授共同編寫。高金源負(fù)責(zé)編寫第1 ～ 6章，夏潔負(fù)責(zé)編寫第7 ～ 10章。在編寫過程中教學(xué)小組的張平教授、周銳教授提供了許多章節(jié)的原始資料和意見。此外，北京航空航天大學(xué)自動控制系扈宏杰副教授等還提供了一些研究實例，在此，特向他們表示衷心的感謝。
全書由北京理工大學(xué)張宇河教授主審。張宇河教授對全書進行了詳細認(rèn)真的審閱，提出了許多寶貴意見。本書的出版得到了清華大學(xué)出版社王一玲女士的大力支持與幫助。在此一并對他們表示衷心的感謝。
在編寫過程中學(xué)習(xí)和汲取了部分國內(nèi)外有關(guān)教材的內(nèi)容，受益匪淺，對此表示謝意。
由于編者的知識和經(jīng)驗有限，不妥之處在所難免，期望得到讀者的批評指正。

編者2006年3月