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| 內容簡介： |
本书包括以下几个内容：系统的基本概念；物理系统建模；一阶、二阶系统时域分析；控制系统稳定性分析；控制系统的瞬态响应与稳态误差；分析控制系统的根轨迹法、频率法、状态空间法；控制系统的综合校正；控制系统的鲁棒性分析；控制系统能控性、能观性；控制系统的状态空间反馈和极点配置；离散控制系统分析与综合；非线性控制系统的基本特点及典型分析方法。本书本着循序渐进、启发思维、培养创新精神的原则，设计了许多有关新技术领域（如计算机、航天、航海、航空方面）的例题、习题、思考题。
本书结合自动控制理论的基本概念的讲解，应用了Matlab及控制系统工具箱进行计算机辅助教学，通过例题、习题介绍Matlab在控制系统分析、综合及仿真中的应用。
本书可用作自动化、电气工程及其自动化、机械设计制造及其自动化等工科相关专业本科生的教材，亦可供相关工程技术人员参考。
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| 目錄：
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1控制系统导论
1.1自动控制的基本原理
1.1.1一个实例
1.1.2控制系统方框图
1.2自动控制系统的分类
1.2.1按信号的传递路径来分
1.2.2按系统输入信号的变化规律来分
1.2.3按系统传输信号的性质来分
1.2.4按描述系统的数学模型来分
1.2.5其他分类方法
1.3对控制系统的基本要求
1.4自动控制的发展简史
1.4.1经典控制理论阶段
1.4.2现代控制理论阶段
1.4.3大系统控制理论阶段
1.4.4智能控制阶段
本章小结
习题1
2控制系统数学模型
2.1导论
2.2控制系统的微分方程
2.2.1微分方程式的建立
2.2.2非线性方程的线性化
2.3控制系统的传递函数
2.3.1传递函数的概念
2.3.2传递函数的性质
2.3.3典型环节及其传递函数
2.4控制系统结构图与信号流图
2.4.1控制系统的结构图
2.4.2控制系统的信号流图
2.4.3控制系统的传递函数
2.5应用Matlab控制系统仿真
2.5.1举例
2.5.2传递函数
2.5.3结构图模型
本章小结
习题2
3控制系统的时域分析法
3.1二阶系统的瞬态响应及性能指标
3.1.1典型输入信号
3.1.2系统的性能指标
3.1.3瞬态响应分析
3.1.4线性定常系统的重要特性
3.2增加零极点对二阶系统响应的影响
3.3反馈控制系统的稳态误差
3.3.1稳态误差的概念
3.3.2稳态误差的计算
3.3.3主扰动输入引起的稳态误差
3.3.4关于降低稳态误差问题
3.4劳斯赫尔维茨稳定性判据
3.4.1稳定性的概念
3.4.2劳斯判据
3.4.3赫尔维茨判据
3.5控制系统灵敏度分析
3.6应用Matlab分析控制系统的性能
本章小结
习题3
4根轨迹法
4.1根轨迹的基本概念
4.2绘制根轨迹的基本规则
4.3控制系统根轨迹的绘制
4.4广义根轨迹
4.4.1以非K为变参数的根轨迹
4.4.2正反馈系统的根轨迹
4.4.3非最小相位系统的根轨迹
4.5线性系统的根轨迹分析方法
4.5.1主导极点的概念
4.5.2增加开环零极点对根轨迹的影响
4.6利用Matlab绘制系统的根轨迹
本章小结
习题4
5线性系统的频域分析
5.1频率特性的概念
5.2开环系统频率特性的图形表示
5.2.1幅相频率特性曲线
5.2.2对数频率特性曲线
5.3奈奎斯特稳定判据
5.3.1奈奎斯特稳定判据的数学基础
5.3.2奈奎斯特稳定判据
5.4控制系统的相对稳定性
5.4.1相对稳定性
5.4.2稳定裕度的求取
5.5闭环频率特性
5.5.1闭环频率特性的图形表示
5.5.2闭环系统的频域性能指标
5.6Matlab在系统频域分析中的应用
本章小结
习题5
6线性系统的校正方法
6.1校正与综合的概念
6.1.1校正的基本方式
6.1.2基本控制规律
6.2常用校正装置及其特性
6.2.1无源校正装置
6.2.2有源校正装置
6.3串联校正
6.3.1串联超前校正
6.3.2串联滞后校正
6.3.3串联滞后超前校正
6.3.4期望频率特性法校正
6.4反馈校正
6.5Matlab在系统校正中的应用
本章小结
习题6
7线性离散控制系统
7.1引言
7.1.1直接数字控制系统
7.1.2计算机监督控制系统
7.1.3集散控制系统
7.2采样过程的数学描述
7.2.1采样过程及其数学描述
7.2.2采样定理
7.2.3采样周期的选择
7.3信号保持
7.3.1零阶保持器
7.3.2一阶保持器
7.4Z变换理论
7.4.1Z变换
7.4.2Z变换的性质
7.4.3Z反变换
7.5采样系统的数学模型
7.5.1描述离散控制系统的线性差分方程
7.5.2脉冲传递函数
7.6离散控制系统分析
7.6.1线性离散控制系统的稳定性分析
7.6.2离散控制系统的瞬态响应
7.6.3离散控制系统的稳态误差
7.7数字控制器的设计
7.7.1无稳态误差最少拍系统的设计
7.7.2Gz具有单位圆上和单位圆外零极点的情况时数字控制器的设计
7.7.3无纹波无稳态误差最少拍系统的设计
7.8Matlab在离散系统中的应用
本章小结
习题7
8非线性系统理论
8.1引言
8.1.1非线性系统特点
8.1.2研究非线性系统的意义与方法
8.2典型非线性特性的数学描述及其对系统性能的影响
8.2.1饱和特性
8.2.2死区特性
8.2.3间隙特性
8.2.4继电特性
8.3描述函数法
8.3.1描述函数的概念
8.3.2典型非线性的描述函数
8.3.3多重非线性的描述函数
8.3.4用描述函数法分析非线性系统
8.4相平面法
8.4.1相轨迹及其绘制方法
8.4.2奇点与极限环
8.4.3用相平面法分析非线性系统
本章小结
习题8
9状态空间分析与综合
9.1引言
9.2状态空间和状态方程
9.2.1状态空间方法的几个基本概念
9.2.2几个示例
9.3线性系统状态空间表达式的建立
9.3.1高阶微分方程到状态空间描述
9.3.2将传递函数转换成状态空间描述
9.3.3由状态变量图求系统的状态空间描述
9.3.4状态空间描述与传递函数的关系
9.3.5状态变量组的非唯一性
9.3.6系统矩阵A的特征方程和特征值
9.3.7利用Matlab进行系统模型之间的相互转换
9.4线性定常系统连续状态方程的解
9.4.1线性系统状态方程的解
9.4.2状态转移矩阵性质
9.4.3向量矩阵分析中的若干结果
9.4.4矩阵指数函数eAt的计算
9.4.5线性离散系统状态空间表达式的建立及其解
9.5线性定常系统的可控性与可观测性分析
9.5.1线性连续系统的可控性
9.5.2线性定常连续系统的可观测性
9.5.3对偶原理
9.5.4单输入单输出系统状态空间描述的标准形
9.5.5基于系统标准形的可控可观判据
9.5.6离散系统的可控性和可观测性判据
9.5.7用Matlab判断系统的可控性和可观测性
9.6线性定常系统的状态反馈和状态观测器
9.6.1状态反馈与极点配置
9.6.2输出反馈与极点配置
9.6.3状态观测器
9.7李雅普诺夫稳定性分析
9.7.1李雅普诺夫意义下的稳定性问题
9.7.2李雅普诺夫稳定性理论
本章小结
习题9
10鲁棒控制系统
10.1鲁棒性的基本概念
10.2参数不确定系统的稳定鲁棒性
10.2.1使用劳斯判据分析参数不确定系统的稳定区域
10.2.2Kharitonov定理
10.3传递函数具有不确定性时的稳定鲁棒性
10.4状态方程具有不确定性时的稳定鲁棒性
本章小结
习题10
附录Matlab简介
M.1Matlab的特点
M.2Matlab的基本功能
M.2.1Matlab的编程环境
M.2.2Matlab的程序设计基础
M.3Matlab控制系统工具箱简介
M.3.1线性系统的数学模型
M.3.2Matlab控制系统工具箱函数介绍
M.3.3使用Matlab符号运算工具箱进行
拉氏变换
参考文献
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| 內容試閱：
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控制工程是一个涉及多学科的科目，它已经在大多数的工科课程中占据了核心地位。
回顾自动控制理论的发展，可以看到，它是在生产实际的需要中发展起来的。20世纪40年代到50年代形成的经典控制理论，主要以频域方法和根轨迹方法为基础，较好地解决了简单控制系统的分析和设计，其中形成的PID控制方法，至今仍在广泛应用。20世纪60年代，为了解决航空航天中的复杂控制问题，采用了数字计算机这一强大的工具，形成了现代控制理论。随着微电子技术的迅速发展，现代控制理论得到了越来越广泛的应用。但是，现代控制理论不能完全代替经典控制理论，需根据不同情况加以选用。
自动控制的应用范围现在已经扩展到工程领域以外的诸多领域，如社会、经济、金融、生命科学等。1998年长江流域特大洪水的控制，可以说是控制理论成功应用的典型范例。
从自动控制的发展历史看，自动控制理论所研究的问题已经从单输入单输出的较为简单的系统扩展到多输入多输出并且存在干扰噪声的系统，处理问题的方法近年来包括基于大系统理论的控制方法以及吸收人的经验智慧的智能方法。尽管如此，掌握自动控制的基本理论仍是十分重要的。
本书内容包括自动控制理论的基本概念和若干应用，主要以经典控制理论为主。其中，第1章主要介绍了自动控制的基本概念、基本分类，自动控制系统的基本要求和自动控制理论的简要发展历史。第2章以大量机械、电气系统等实际对象为例，介绍了建立控制系统数学模型的方法。第3章到第6章对线性定常控制系统进行了介绍，包括时域分析法、根轨迹法、频域分析法以及校正和设计方法。其中第3章讨论了二阶系统的时域响应和相应的性能指标，以及用于稳定性分析的劳斯判据。第4章介绍了根轨迹的原理、作图方法和基于根轨迹的系统分析。第5章介绍了控制系统分析的频域方法，讨论了基于极坐标的奈奎斯特图和基于对数坐标的频率特性图的绘制及其在系统性能分析和稳定性分析中的应用。第6章为单输入单输出线性定常系统，介绍了基于根轨迹和频域方法的控制系统校正和设计方法。第7章为线性离散系统的理论及其应用，在基本概念、数学模型、动态性能及数字校正方面，进行详细的讨论。第8章主要讨论了描述函数法、相平面法等常用的非线性系统分析方法。第9章现代控制理论部分主要介绍了状态空间模型的建立，可控性和可观性，基于状态空间模型的控制系统设计方法——极点配置和观测器设计和李雅普诺夫稳定性理论。鉴于一个系统不可避免地存在扰动和不确定因素，这种情况下系统的稳定性等问题属于系统鲁棒性讨论的范畴，因此，本书的第10章介绍了鲁棒控制的一些基本概念和基本方法，包括区间参数稳定性，频域和时域的鲁棒稳定性等。鲁棒控制的内容可以根据各个学校的具体情况作为选修内容。
近年来，Matlab在理工科的教学中得到越来越广泛的应用。特别值得指出的是，Matlab环境及其提供的若干工具箱，给自动控制系统的分析和设计带来了极大的便利。本书的一个重要特点是，结合自动控制理论的基本概念的讲解，应用了Matlab及控制系统工具箱进行计算机辅助教学。为了帮助读者，本书的附录部分介绍了Matlab的一些基本知识，讨论了Matlab在控制系统分析中的应用等，并且以表格形式介绍了Matlab控制系统工具箱的函数。
本书的主要内容已经制作成用于多媒体教学的电子课件，并将免费提供给采用本书作为教材的高等院校使用。如有需要可联系cipedu@163com。本书配套的学习指导书《自动控制原理知识要点及典型习题详解》，书号9787122120380，可供选用本书的读者参考。
本书是在第二版的基础上进行修订的，每章前均加了内容提要和知识要点，以方便读者学习和掌握相关内容。
本书由华中科技大学王永骥教授、大连理工大学王金城教授、华中科技大学王敏教授主编。各章编者：王永骥（第1、9章、附录），王金城、孟华（第2、3章），王敏（第4、5、6章），秦肖臻（第7、8章），以及方华京（第10章）。
对于本书中存在的疏漏和不妥之处，欢迎广大读者批评指正。
编者2015年3月
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