本书简明、系统地介绍了计算机控制技术与系统，主要内容包括：计算机控制系统的概念、组成、分类及发展，计算机控制系统中常用的检测设备和执行机构，计算机总线和网络通信技术，过程通道与人机接口，数据处理与控制策略，计算机控制系统中的抗干扰技术，计算机控制系统软件，典型计算机控制系统，计算机集成制造系统，计算机控制系统的设计与实施，计算机控制系统实例。
本书可以作为高等院校自动化类、计算机类、电气类、机械类、仪器类、电子信息类及智能制造、机器人等新兴专业的本专科学生和研究生的教材，也可以作为有关工程技术人员的参考书。

在保留经典内容的基础上，融合了计算机控制领域近年来的科研进展与技术创新，以全面反映计算机控制技术在智能制造时代的进展与广泛应用。
本书配套资源丰富，有授课电子课件、微课视频、习题参考答案等配套资源，方便授课与自学。

计算机控制技术是研究自动控制理论和计算机控制技术如何应用于工业生产过程自动化的一门专业技术。工业控制是计算机应用的一个重要领域，计算机控制是为适应这一领域的需要而发展起来的一门专业技术。
本书简明、系统地介绍了计算机控制系统的基本原理、设计技术和实现方法。本书在《计算机控制技术》（刘川来、胡乃平等编著）经典框架的基础上，融合了计算机控制领域近年来的科研进展与技术创新。通过广泛参考国内外文献与著作，同时汲取青岛科技大学及众多高校在教学实践与科研探索中的精华，本书在确保知识基础稳固的同时，兼顾了内容的系统性与实用性。
本书在保留经典内容的基础上，进行了大幅度的更新与扩展，特别增设了多个前沿章节，以全面反映计算机控制技术在智能制造时代的进展与广泛应用。具体体现在：
1）增设了计算机集成制造系统（CIMS）章节，以前瞻视角深入探讨了计算机控制在智能制造领域的核心作用。该章节不仅全面阐述了CIMS的概念、分类以及发展历程及其在现代工业中的重要性，还详细剖析了CIMS的组成和层次结构，并详细介绍了CIMS的功能分系统，以及CIMS的开发和实施。
2）将计算机总线技术和计算机控制中的网络与通信技术合并为一章，进行了系统而全面的介绍，新增了物联网、5G网络等近几年迅速发展的技术。
3）紧跟人工智能技术的发展步伐，增加了人工智能在计算机控制中应用的内容。通过具体案例和理论分析，展示人工智能如何赋能计算机控制系统，提升其智能化水平。随着云计算的飞速发展，云控制系统已成为计算机控制领域的重要研究方向。
4）增加了云控制系统章节，介绍其基本概念、核心技术、控制流程以及云边协同控制系统等。
本书精心构建了从理论到实践的桥梁，既与基础知识紧密衔接，确保逻辑清晰、体系完整，又充分考虑了不同学习背景与需求的读者群体。一方面力求做到内容全面、系统，另一方面突出重点，从实际应用的角度把握全书的内容。全书共11章：第1章是绪论，主要介绍计算机控制系统的概念、组成、分类及发展；第2章介绍了计算机控制系统中常用的检测设备和执行机构；第3章介绍了计算机总线和网络通信技术；第4章介绍了过程通道与人机接口；第5章介绍了计算机控制中常用的数据处理与控制策略；第6章介绍了计算机控制系统中的抗干扰技术；第7章介绍了计算机控制系统软件；第8章介绍了典型计算机控制系统；第9章介绍了计算机集成制造系统；第10章介绍了计算机控制系统的设计与实施；第11章介绍了几个计算机控制系统的实例。
本书内容丰富，教师可以根据不同的要求和学生的基础情况灵活安排。每章的内容自成一体，读者可以根据自己的知识结构和需要加以选择。
书中的图表或图示大部分采用了国家标准中的符号和约定，但出于特定原因（如软件、国际通用性、历史遗留问题等），部分图表则采用了国际标准。这种差异虽然可能会给读者带来一些额外的认知负担，但了解并适应这种差异是深化专业知识和技能的重要一环。
本书由青岛科技大学胡乃平教授主编，参加编写的人员有胡乃平（第1章、第2章、第4章），周艳平（第3章、第8章、第9章），赵艳东（第5章、第6章、第10章），林明明（第7章、第11章）。
本书的编写得到了青岛科技大学计算机控制技术课程组老师们的大力支持，他们在本书编写过程中提出了很多非常有价值的建议，在此表示衷心的感谢！同时还要感谢机械工业出版社对本书的编写及出版给予的大力支持。
最后，虽然作者们已经尽力，但书中难免存在一些不足之处。我们真诚地欢迎广大读者提出宝贵的意见和建议，以便在未来的修订中不断完善和提高。通过这些反馈，我们希望能够为计算机控制技术与系统领域的教学与科研贡献更多有价值的资源。

高等院校教师

前言

第1章 绪论 1
1.1 计算机控制系统概述 1
1.2 计算机控制系统的组成及分类 2
1.2.1 计算机控制系统 2
1.2.2 计算机控制系统的硬件组成 3
1.2.3 计算机控制系统的软件组成 5
1.2.4 计算机控制系统的分类 5
1.3 计算机控制研究的课题与发展
趋势 7
1.3.1 计算机控制研究的课题 7
1.3.2 计算机控制系统的发展趋势 10
习题 11
第2章 计算机控制系统中的检测设备和
执行机构 12
2.1 过程控制中的检测设备 12
2.1.1 传感器与变送器 12
2.1.2 压力检测及变送 13
2.1.3 温度检测及变送 15
2.1.4 流量检测及变送 19
2.1.5 物位检测及变送 21
2.1.6 成分分析设备 23
2.2 运动控制中的检测设备 25
2.2.1 检测开关 25
2.2.2 测速发电机 26
2.2.3 光电编码器 27
2.2.4 测厚仪表 28
2.3 过程控制中的执行器 28
2.3.1 气动执行器 29
2.3.2 电动执行器 34
2.3.3 现场总线执行器 35
2.4 运动控制中的执行机构 37
2.4.1 交流伺服电动机 37
2.4.2 直流伺服电动机 40
2.4.3 步进电动机 41
2.4.4 液压缸 43
2.4.5 液压阀 44
2.4.6 液压泵 45
习题 46
第3章 总线与网络通信技术 47
3.1 计算机总线 47
3.1.1 总线的基本概念 47
3.1.2 常用内部总线 52
3.1.3 常用外部总线 56
3.2 计算机网络 66
3.2.1 计算机网络概述 66
3.2.2 OSI模型 67
3.2.3 计算机局域网络 69
3.2.4 计算机网络互联设备 72
3.3 数据通信技术 73
3.3.1 数据通信概述 73
3.3.2 检错与纠错 77
3.4 无线通信技术 79
3.4.1 蓝牙技术 79
3.4.2 ZigBee技术 81
3.4.3 LoRa技术 82
3.4.4 NB-IoT技术 83
3.4.5 5G技术 84
3.4.6 Wi-Fi技术 85
3.5 工业控制网络 85
3.5.1 现场总线技术 86
3.5.2 工业以太网 88
3.5.3 工业控制网络结构 90
3.5.4 工业互联网 91
习题 92
第4章 过程通道与人机接口 94
4.1 数字量输入/输出通道 94
4.1.1 数字量信号的分类 94
4.1.2 数字量输入通道 94
4.1.3 数字量输出通道 95
4.1.4 数字量输入/输出通道的标准化
设计 97
4.2 模拟量输出通道 98
4.2.1 D/A转换器分类及特点 98
4.2.2 D/A转换器原理及主要性能参数 99
4.2.3 D/A转换器芯片及接口电路 100
4.2.4 D/A转换器的输出 102
4.2.5 D/A转换器接口的隔离技术 104
4.2.6 D/A转换器模板的标准化设计 107
4.3 模拟量输入通道 108
4.3.1 A/D转换器分类及特点 108
4.3.2 A/D转换器原理及主要性能参数 109
4.3.3 A/D转换器芯片及接口电路 111
4.3.4 A/D转换器的外围电路 117
4.3.5 A/D转换器接口的隔离技术 118
4.3.6 A/D转换器模板的标准化设计 119
4.4 人机接口 119
4.4.1 键盘 119
4.4.2 鼠标 121
4.4.3 触摸屏 121
4.4.4 显示器 123
4.4.5 打印机 124
习题 124
第5章 数据处理与控制策略 125
5.1 数字滤波和数据处理 125
5.1.1 数字滤波 126
5.1.2 数据处理 128
5.2 数字控制器的设计技术 131
5.2.1 数字控制器的连续化设计技术 132
5.2.2 数字控制器的离散化设计技术 133
5.3 数控技术 135
5.3.1 数控技术概述 135
5.3.2 数控技术原理 135
5.3.3 运动控制系统 138
5.4 数字PID控制算法 140
5.4.1 标准数字PID控制算法 140
5.4.2 数字PID控制算法的改进 141
5.4.3 数字PID参数整定 144
5.5 常规控制方案 145
5.5.1 串级控制系统 145
5.5.2 前馈控制系统 146
5.5.3 纯滞后补偿控制系统 147
5.6 先进控制方案 149
5.6.1 预测控制系统 149
5.6.2 模糊控制系统 152
5.6.3 神经网络控制系统 154
5.6.4 数字孪生系统 155
5.6.5 基于人工智能的下一代控制系统 156
习题 157
第6章 计算机控制系统中的抗干扰
技术 159
6.1 干扰的传播途径与作用方式 159
6.1.1 干扰的来源 159
6.1.2 干扰的传播途径 159
6.1.3 干扰的作用方式 162
6.2 硬件抗干扰技术 164
6.2.1 电源系统的抗干扰技术 164
6.2.2 接地系统的抗干扰技术 166
6.2.3 过程通道的抗干扰技术 168
6.3 软件抗干扰技术 171
6.3.1 信号处理抗干扰技术 172
6.3.2 CPU及程序的抗干扰技术 173
6.4 提高计算机控制系统可靠性的
设计措施 175
6.4.1 分散控制技术 175
6.4.2 冗余技术 176
6.4.3 自诊断技术 177
6.4.4 环境设计措施 178
6.4.5 管理和维护措施 178
6.4.6 灾难恢复设计 179
6.4.7 可靠性测试 179
习题 179
第7章 计算机控制系统软件 180
7.1 计算机控制软件概述 180
7.1.1 计算机软件基础 180
7.1.2 计算机控制系统软件功能 181
7.2 操作系统 182
7.2.1 操作系统的分类 182
7.2.2 操作系统的功能 183
7.2.3 常见操作系统 184
7.3 数据结构与算法 185
7.3.1 数据结构的定义 185
7.3.2 数据结构的分类 185
7.3.3 算法和算法分析 186
7.3.4 常见的算法 187
7.4 计算机控制系统中的数据库 188
7.4.1 数据库系统概述 188
7.4.2 数据库的三级模式 191
7.4.3 数据模型 1