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第一章　概述1

一、最优控制和计算机控制的发展历史1

二、计算机控制系统的特点3

三、计算机控制系统的分类5

四、工业控制机的体系结构7

第二章　计算机控制系统的基本理论11

一、离散时间系统和Z变换11

1、采样过程11

2、Shannon采样定理12

3、保持器14

4、差分方程15

5、Z变换16

6、Z变换求介差分方程20

7、离散系统（采样系统）脉冲传递函数20

8、离散系统稳定性分析24

9、离散系统的暂态特性（过渡过程特性）29

10、离散系统的稳态误差31

二、离散时间系统的状态空间法34

1、离散系统的状态空间表达式34

2、离散时间状态方程的解法36

第三章　微型机最优控制的基本理论39

一、线性最优控制理论的基本问题39

（一）调节器问题39

1、调节器问题的提出39

2、品质指标求极值的必要条件和充分条件40

3、调节器问题的应用技术42

（二）伺服器问题46

1、曼利姆Ⅲ参数展开法47

2、模型—系统法48

3、最优广义比例—积分—微分（PID）控制器49

4、其他问题51

（三）极点配置问题52

1、极点配置问题的提出与概念52

2、主导极点配置技术52

3、二次型最优模型极点配置技术54

（四）多输入—多输出系统的独立最优参数60

1、线性定常系统60

2、线性时变系统61

（五）线性二次型最优控制的频率域方法61

1、频域法的理论基础62

2、向量维纳一霍夫方程及其求介方法62

3、频率域条件下的两级直接设计方法64

（六）奇异最优控制问题65

二、参数最优化技术67

（一）基本概念67

（二）求介参数最优化问题的介析方法68

（三）单参数寻优技术70

（四）多参数寻优技术74

三、静态最优控制技术83

1、静态最优控制的数学表达式83

2、静态最优控制的算法83

3、线性规划法86

4、登山法96

四、自适应控制技术98

（一）基于极值原理的系统99

1、模型参考自适应系统99

2、无模型的极值搜索系统（又称自整定极值系统）102

（二）基于统计原理的系统104

（三）基于动特性适应原理的系统107

1、卡尔曼（Kalman）系统108

2、Corbin系统112

（四）最优自适应控制技术113

1、辨识子程序114

2、最优综合子程序115

3、适应补偿子程序117

五、控制对象的数学模型119

（一）数学模型的类型119

1、静态数学模型119

2、动态数学模型119

3、噪声随机数学模型119

（二）建立数学模型的方法120

1、介析模型法（或称机理模型法）120

2、系统辨识法121

3、对象持性测试法126

4、噪声随机模型的建立132

第四章　输入—输出（I/O）过程通道和数字滤波技术137

一、I/O过程通道（PIO）137

（一）PIO的基本要求138

（二）开关量I/O通道140

1、开关量输入通道140

2、开关量输出通道142

（三）脉冲量I/O通道144

1、脉冲量输入通道144

2、脉冲量输出通道145

（四）模拟量输入输出通道145

1、模拟量输入通道146

2、模拟量输出通道174

（五）光电耦合器件184

1、光电耦合器的特点和性能184

2、光电耦合器的类型与电气参数184

3、光电耦合器的输入输出电路186

二、数字滤波技术189

1、替换法189

2、离散模拟法191

3、根匹配法191

4、状态变量法192

三、卡尔曼（Kalman）滤波技术192

1、最优线性估值问题193

2、最优线性递推估值方程（卡尔曼滤波器）195

第五章　微型机最优控制的硬件实现199

一、通用微型机实现199

1、System 320高档工业控制机200

2、Intel 302i AT总线工业控制机202

3、STD总线工业控制机202

二、专用微控制器实现206

1、MPC-20概述206

2、MPC-20主机系统209

3、接口模板209

4、MPC-20编程软件210

5、目标系统状态及控制211

三、可编微程序位片机实现212

（一）可编微程序控制原理212

1、微程序控制212

2、可编微程序控制设计213

3、微程序控制器的速度问题214

（二）位片式微型机结构215

1、算术逻辑单元215

2、微程序控制器219

（三）可编微程序设计221

1、确定微指令字格式221

2、编制微程序223

3、代真及控制存贮器分片224

4、微程序设计汇编语言224

四、单片微型机实现227

1、MCS-96单片机系列227

2、高性能80C196单片机232

3、RISC（精简指令系统）单片机238

五、单板计算机实现241

1、iSBC286/10的一般描述242

2、iSBC286/10的功能说明243

3、MULTIBUS系统体系结构245

六、网络结构的实现247

1、分布式控制的网络结构248

2、面向工业控制和过程控制的局域网络248

3、设计实时过程网络的主要因素249

4、工业控制局域网络标准251

5、工业过程实时控制计算机网络的实现253

七、实时信号处理问题261

第六章　微型机最优控制的软件实现262

一、实时控制操作系统263

二、iRMX 86操作系统264

（一）功能说明265

1、进程管理265

2、内存管理268

3、中断管理268

4、文件管理269

5、人机接口271

（二）特点概述271

1、执行环境特征271

2、开发环境特征276

三、高级实时程序设计语言278

（一）适用于实时过程的高级语言FORTH278

1、FORTH语言的基本原理278

2、FORTH语言的特点286

3、FORTH语言和其他语言的比较287

（二）集成式实时高级程序设计语言Ada289

1、Ada语言的特点289

2、Ada语言的基本概念290

（三）实时模块式高级开发语言Turbo Pascal297

1、Turbo系列软件之特点297

2、Turbo工具箱299

（四）专用实时编程语言RPL300

1、RPL的主要特点300

2、RPL编程工具305

四、控制软件（应用软件）306

（一）ONSPEC控制软件系统306

1、ONSPEC系统的最小硬件配置308

2、并发DOS（CDOS）309

3、ONSPEC数据表309

4、I/O模板310

5、ONVIEW分析工具312

6、实现过程控制策略的控制块313

（二）黎卡提（Riccatian）方程的计算机求介和编程315

五、微型机控制软件的其他要求318

1、微程序设计技术的发展318

2、设计应用软件的几点意见318

六、微型机最优控制系统的开发问题319

1、控制系统的CAD技术319

2、充分利用开发工具和CASE319

3、可靠性开发321

第七章　微型机最优控制的应用实例322

一、航空航天领域中的应用322

（一）飞机自动着陆系统拉平轨迹的最优控制322

（二）工作于稳定性边界域的飞行器自适应自动驾驶仪334

二、工业生产过程领域中的应用342

（一）采用现代控制理论的氨合成专用控制装置343

（二）单晶炉炉温及砷化镓单晶直径的最优控制346

（三）硅砖隧道窑变坛益自适应控制系统355

（四）发酵过程的微型机最优控制359

（五）钢铁工业中的微型机最优控制360

三、能源控制领域中的应用363

（一）空调系统的控制363

（二）太阳热能的利用技术364

（三）汽车发动机的控制365

四、机械加工领域中的应用365

（一）计算机辅助制造（CAM）系统365

（二）机床的最优控制问题366

五、在社会、经济及其他领域中的应用371

（一）分级式智能化城市交通管制系统371

（二）社会生产力增长模型的最优控制378

（三）在医疗系统内的应用378

结束语379