為適應(yīng)我國(guó)對(duì)高等學(xué)校自動(dòng)化專業(yè)人才培養(yǎng)的需要，配合各高校教學(xué)改革的進(jìn)程，創(chuàng)建一套符合自動(dòng)化專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和教學(xué)改革要求的新型自動(dòng)化專業(yè)系列教材，“教育部高等學(xué)校自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì)”（簡(jiǎn)稱“教指委”）聯(lián)合了“中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)教育工作委員會(huì)”、“中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)高校工業(yè)自動(dòng)化教育專業(yè)委員會(huì)”、“中國(guó)系統(tǒng)仿真學(xué)會(huì)教育工作委員會(huì)”和“中國(guó)機(jī)械工業(yè)教育協(xié)會(huì)電氣工程及自動(dòng)化學(xué)科委員會(huì)”四個(gè)委員會(huì)，以教學(xué)創(chuàng)新為指導(dǎo)思想，以教材帶動(dòng)教學(xué)改革為方針，設(shè)立專項(xiàng)資助基金，采用全國(guó)公開(kāi)招標(biāo)方式，組織編寫出版一套自動(dòng)化專業(yè)系列教材——《全國(guó)高等學(xué)校自動(dòng)化專業(yè)系列教材》。
本系列教材主要面向本科生，同時(shí)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(shí)踐環(huán)節(jié)課和專業(yè)綜合訓(xùn)練課； 重點(diǎn)突出自動(dòng)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(shí)驗(yàn)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(dòng)化專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)、反映自動(dòng)化專業(yè)教育改革方向、滿足自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)需要； 努力創(chuàng)造使之成為具有先進(jìn)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(guò)招標(biāo)機(jī)制，計(jì)劃用3~4年時(shí)間出版50本左右教材，2006年開(kāi)始陸續(xù)出版問(wèn)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(dòng)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(jìn)、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(shí)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(píng)和意見(jiàn)。

《全國(guó)高等學(xué)校自動(dòng)化專業(yè)系列教材》編審委員會(huì)

2005年10月于北京

《全國(guó)高等學(xué)校自動(dòng)化專業(yè)系列教材》編審委員會(huì)

顧問(wèn) （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(jì)大學(xué)）
張嗣瀛（東北大學(xué)）陳伯時(shí)（上海大學(xué)）
陳翰馥（中國(guó)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(guó)科技大學(xué)）
吳成東（沈陽(yáng)建筑工程學(xué)院）吳愛(ài)國(guó)（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(qiáng)（國(guó)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(qiáng)（西安交通大學(xué)）
褚健（浙江大學(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(zhǎng)）： 蕭德云（清華大學(xué)）
（成員）： 陳伯時(shí)（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(qiáng)（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(dòng)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(guó)政府就十分重視自動(dòng)化學(xué)科的發(fā)展和自動(dòng)化專業(yè)人才的培養(yǎng)。五十多年來(lái)，自動(dòng)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(dòng)化科學(xué)技術(shù)的成果。自動(dòng)化科學(xué)技術(shù)也改變了我國(guó)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(dòng)化手段，在國(guó)防工業(yè)中自動(dòng)化的作用更是巨大的�，F(xiàn)在，世界上有很多非常活躍的領(lǐng)域都離不開(kāi)自動(dòng)化技術(shù)，比如機(jī)器人、月球車等。另外，自動(dòng)化學(xué)科對(duì)一些交叉學(xué)科的發(fā)展同樣起到了積極的促進(jìn)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(gè)世界已經(jīng)進(jìn)入信息時(shí)代的背景下，中國(guó)要完成工業(yè)化的任務(wù)還很重，或者說(shuō)我們正處在后工業(yè)化的階段。因此，國(guó)家提出走新型工業(yè)化的道路和“信息化帶動(dòng)工業(yè)化，工業(yè)化促進(jìn)信息化”的科學(xué)發(fā)展觀，這對(duì)自動(dòng)化科學(xué)技術(shù)的發(fā)展是一個(gè)前所未有的戰(zhàn)略機(jī)遇。
機(jī)遇難得，人才更難得。要發(fā)展自動(dòng)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(shuō)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(duì)自動(dòng)化系或自動(dòng)化學(xué)院的領(lǐng)導(dǎo)和教師來(lái)說(shuō)，要時(shí)刻想著為國(guó)家關(guān)鍵行業(yè)和戰(zhàn)線培養(yǎng)和輸送優(yōu)秀的自動(dòng)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(jì)劃、增強(qiáng)教學(xué)柔性、強(qiáng)化通識(shí)教育、提高知識(shí)起點(diǎn)、降低專業(yè)重心、加強(qiáng)基礎(chǔ)知識(shí)、強(qiáng)調(diào)專業(yè)實(shí)踐等，其中構(gòu)建融會(huì)貫通、緊密配合、有機(jī)聯(lián)系的課程體系，編寫有利于促進(jìn)學(xué)生個(gè)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(guó)高等學(xué)校自動(dòng)化專業(yè)系列教材》編審委員會(huì)，根據(jù)自動(dòng)化學(xué)科對(duì)自動(dòng)化技術(shù)人才素質(zhì)與能力的需求，充分吸取國(guó)外自動(dòng)化教材的優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)，在全國(guó)范圍內(nèi)，以招標(biāo)方式，組織編寫了這套自動(dòng)化專業(yè)系列教材，這對(duì)推動(dòng)高等學(xué)校自動(dòng)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(jī)制，適應(yīng)了高等學(xué)校教學(xué)改革與發(fā)展的新形勢(shì)，立足創(chuàng)建精品教材，重視實(shí)踐性環(huán)節(jié)在人才培養(yǎng)中的作用，采用了競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，以激勵(lì)和推動(dòng)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(chéng)摯的感謝，并希望該系列教材在全國(guó)高等學(xué)校自動(dòng)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(guó)高等學(xué)校自動(dòng)化專業(yè)系列教材》編審委員會(huì)在對(duì)國(guó)內(nèi)外部分大學(xué)有關(guān)自動(dòng)化專業(yè)的教材做深入調(diào)研的基礎(chǔ)上，廣泛聽(tīng)取了各方面的意見(jiàn)，以招標(biāo)方式，組織編寫了一套面向全國(guó)本科生（兼顧研究生）、體現(xiàn)自動(dòng)化專業(yè)教材整體規(guī)劃和課程體系、強(qiáng)調(diào)專業(yè)基礎(chǔ)和理論聯(lián)系實(shí)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(dòng)化學(xué)科的主要知識(shí)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(shí)驗(yàn)指示書等立體化教材配件。此外，為強(qiáng)調(diào)落實(shí)“加強(qiáng)實(shí)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(shí)驗(yàn)教程,包括《自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)教程》、《運(yùn)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)教程》、《過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)教程》、《檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)教程》和《計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教程》等。
自動(dòng)化科學(xué)技術(shù)是一門應(yīng)用性很強(qiáng)的學(xué)科，面對(duì)的是各種各樣錯(cuò)綜復(fù)雜的系統(tǒng)，控制對(duì)象可能是確定性的，也可能是隨機(jī)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(shí)結(jié)構(gòu)，又應(yīng)該如何通過(guò)專業(yè)教材來(lái)體現(xiàn)，這正是“系列教材編審委員會(huì)”規(guī)劃系列教材時(shí)所面臨的問(wèn)題。為此，設(shè)立了《自動(dòng)化專業(yè)課程體系結(jié)構(gòu)研究》專項(xiàng)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(duì)自動(dòng)化專業(yè)課程體系結(jié)構(gòu)進(jìn)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(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)、軟件基礎(chǔ)與工程、專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)”等知識(shí)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(dòng)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(shí)踐，從計(jì)算機(jī)技術(shù)到信號(hào)處理，從設(shè)計(jì)分析到課程實(shí)驗(yàn)，涉及的知識(shí)單元多達(dá)數(shù)百個(gè)、知識(shí)點(diǎn)幾千個(gè)，介入的學(xué)校50多所，參與的教授120多人，是一項(xiàng)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(píng)審，最后商定教材大綱，凝聚著全國(guó)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(dòng)化專業(yè)創(chuàng)新型系列教材。
然而，如何進(jìn)一步構(gòu)建完善的自動(dòng)化專業(yè)教材體系結(jié)構(gòu)？如何建設(shè)基礎(chǔ)知識(shí)與最新知識(shí)有機(jī)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(kāi)放性的“廣義教材”？等等，這些都還有待我們進(jìn)行更深入的研究。
本套系列教材的出版，對(duì)更新自動(dòng)化專業(yè)的知識(shí)體系、改善教學(xué)條件、創(chuàng)造個(gè)性化的教學(xué)環(huán)境，一定會(huì)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(shí)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(píng)指正。

院士2005年10月于清華大學(xué)

計(jì)算機(jī)在實(shí)時(shí)控制領(lǐng)域中獲得了廣泛的應(yīng)用。在國(guó)民經(jīng)濟(jì)及國(guó)防等各個(gè)領(lǐng)域中，采用計(jì)算機(jī)控制是現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。計(jì)算機(jī)控制學(xué)科涉及計(jì)算機(jī)控制的基本理論、分析、設(shè)計(jì)與工程實(shí)現(xiàn)等多方面內(nèi)容。
本書是依照“全國(guó)高等學(xué)校自動(dòng)化專業(yè)系列教材編審委員會(huì)”審定的教材大綱編寫的。
本書兼顧計(jì)算機(jī)控制基本原理和實(shí)現(xiàn)技術(shù)兩大方面的教學(xué)要求。通過(guò)本書的學(xué)習(xí)，讀者可在計(jì)算機(jī)控制基本原理和實(shí)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(jì)算機(jī)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(jiǎn)練、系統(tǒng)、深入地講述一些基礎(chǔ)性的內(nèi)容； (2)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（第5 ～ 6章）。遵循經(jīng)典與現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法并重的原則，重點(diǎn)討論連續(xù)離散化設(shè)計(jì)、離散域根軌跡設(shè)計(jì)、w′[WTXT〗域設(shè)計(jì)和狀態(tài)空間設(shè)計(jì)等相關(guān)內(nèi)容； (3)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)工程實(shí)現(xiàn)技術(shù)（第7 ～ 10章）。由于計(jì)算機(jī)硬軟件技術(shù)發(fā)展日新月異，因此，在論述基本工程實(shí)現(xiàn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)介紹了現(xiàn)代先進(jìn)計(jì)算機(jī)控制的實(shí)現(xiàn)技術(shù)。除第7章介紹一些基本的工程實(shí)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(chǎng)總線和網(wǎng)絡(luò)控制等先進(jìn)控制技術(shù)。第10章介紹了3個(gè)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)例，以增強(qiáng)讀者的感性認(rèn)識(shí)。鑒于自動(dòng)控制專業(yè)學(xué)生在微機(jī)原理及接口技術(shù)等相關(guān)課程中對(duì)計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)構(gòu)建及實(shí)現(xiàn)技術(shù)時(shí)，從應(yīng)用的角度上討論了相關(guān)問(wèn)題。為了加強(qiáng)教材理論聯(lián)系實(shí)際和實(shí)踐能力的培養(yǎng)，本書在組織教材的基本內(nèi)容時(shí)，特別注意論述工程中常用的方法和解釋實(shí)踐中比較關(guān)心的問(wèn)題。此外，各章節(jié)將結(jié)合具有典型工程背景的實(shí)例進(jìn)行相關(guān)內(nèi)容的論述，大部分例題和習(xí)題均有各種實(shí)際應(yīng)用背景，并且結(jié)合工程實(shí)例和配合典型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)置習(xí)題作業(yè)，使學(xué)生在初級(jí)階段就可以從事一些簡(jiǎn)單系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)任務(wù)。本書在論述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)時(shí)，充分恰當(dāng)?shù)厥褂昧爽F(xiàn)代的計(jì)算工具M(jìn)ATLAB及Simulink軟件，特別是，應(yīng)用了其中的符號(hào)語(yǔ)言工具箱，將有效地幫助學(xué)生完成復(fù)雜計(jì)算，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)。
本書書末有2個(gè)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(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決問(wèn)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(jì)和仿真中涉及到的MATLAB常用指令表、MATLAB軟件符號(hào)語(yǔ)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(shí)使用。
本書可供自動(dòng)控制(自動(dòng)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(jī)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(dòng)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(shí)，適量地編入了某些較深入或前沿問(wèn)題，習(xí)題中也包括了一些難度稍大的問(wèn)題，教學(xué)時(shí)可以適當(dāng)選用。對(duì)于普通高校自動(dòng)控制專業(yè)本科生，通常可選用第1章及第2～4章的重點(diǎn)內(nèi)容和第5、6及7、8各章。根據(jù)教學(xué)大綱及學(xué)時(shí)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(shí)背景是：一般連續(xù)控制理論以及微機(jī)原理和接口技術(shù)的基本知識(shí)。
本書是在北京航空航天大學(xué)計(jì)算機(jī)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(yàn)并參閱了近年來(lái)國(guó)內(nèi)外有關(guān)教材的基礎(chǔ)上編寫的。多年來(lái)本學(xué)科在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)技術(shù)方面積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，這些經(jīng)驗(yàn)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(dòng)控制系計(jì)算機(jī)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(guò)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(jiàn)。此外，北京航空航天大學(xué)自動(dòng)控制系扈宏杰副教授等還提供了一些研究實(shí)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(duì)全書進(jìn)行了詳細(xì)認(rèn)真的審閱，提出了許多寶貴意見(jiàn)。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(duì)他們表示衷心的感謝。
在編寫過(guò)程中學(xué)習(xí)和汲取了部分國(guó)內(nèi)外有關(guān)教材的內(nèi)容，受益匪淺，對(duì)此表示謝意。
由于編者的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)有限，不妥之處在所難免，期望得到讀者的批評(píng)指正。

編者2006年3月