本书主要面向工程应用型自动化专业的学生，以经典控制理论为主，适当介绍现代控制理论的基本知识。全书共9章，各章内容分别为绪论、控制系统的数学模型、线性控制系统的时域分析、控制系统的根轨迹分析、控制系统的频域分析、控制系统的校正、采样控制系统、非线性控制系统、控制系统的状态空间分析与设计。

本书注重控制工程背景的描述，介绍基本分析方法时，对问题的引出给予足够的重视。在相应章节介绍了基本分析方法后，给出相应的具有工程背景的实例进行分析。全书注重介绍工程中广泛应用的PID控制方法，并在各章中均有涉及，以帮助读者掌握相关分析、设计思想方法。除基本内容外，对于非线性系统的反馈线性化方法、鲁棒性的概念，也以浅显的方式进行简单介绍，以使学生对近年来控制理论的进展有一定了解。第３章后均给出Matlab语言进行仿真计算的例子，在实例中还利用Simulink等工具箱，给出多样的仿真，帮助学生理解控制理论的基本应用。为适应不同领域应用背景的需要，除工业控制系统的实例外，对其他应用背景的控制问题也给予一定重视。

为使学生掌握基本分析方法，每章末尾集中给出具有一定难度的综合性例题，可供学生自学或习题课选用。习题采用思考题、练习题、习题、综合与设计题几种形式，以帮助学生熟悉基本概念，掌握基本方法，了解理论的工程应用，从而适应不同层次的需要。

本书可作为高等学校自动化、电气工程及其自动化等专业的教材，也可作为测控技术与仪器、机电一体化、计算机科学与技术等相关专业的教学参考书，对从事控制工程领域研究、设计和开发的工程技术人员，本书也具有较好的参考价值。

前言
第1章 绪论
  1.1 自动控制系统的组成和基本工作方式
  1.2 自动控制系统示例
  1.2.1 工业自动控制系统
  1.2.2 其他领域的自动控制问题
  1.3 自动控制系统的分类
  1.3.1 连续系统与离散系统
  1.3.2 线性系统与非线性系统
  1.3.3 单输入－单输出系统和多输入－多输出系统
  1.3.4 两类典型的反馈控制系统
  1.4 自动控制系统设计的基本要求
  1.4.1 对自动控制系统的基本要求
  ∗1.4.2 自动控制系统设计概述
  ∗1.5 自动控制理论的发展回顾和
  本书的内容简介
  习题
第2章 控制系统的数学模型
  2.1 单输入－单输出线性系统的时域描述
   2.1.1 典型对象（环节）的微分方程
   2.1.2 控制系统微分方程的建立
  2.2 单输入－单输出线性控制系统的传递函数描述
   ∗2.2.1 拉普拉斯（lapiace）变换及基本性质
   2.2.2 传递函数的定义和意义
   2.2.3 典型环节的传递函数
  2.3 动态结构图及其化简
   2.3.1 控制系统的动态结构图描述
   2.3.2 动态结构图的等效变换和化简
   2.3.3 闭环系统的典型传递函数
  2.4 信号流图
   2.4.1 信号流图的定义及性质
   2.4.2 Mason公式及应用
  2.5 非线性系统的线性化
   2.5.1 非线性系统的线性近似
   ∗2.5.2 非线性系统反馈线性化的概念
  2.6 多输入－多输出控制系统的描述
   2.6.1 控制系统的状态变量描述
   2.6.2 多输入－多输出线性系统的传递函数矩阵描述
  ∗2.7 典型控制系统的模型
   2.7.1 机械与机电系统
   2.7.2 工业过程系统
   2.7.3 非工程系统
  本章小结
  例题和习题
第3章 线性控制系统的时域分析
  3.1 控制系统时域分析引论
   3.1.1 控制系统时域分析的基本概念
   3.1.2 典型输入信号
   3.1.3 线性系统的零状态响应
   3.1.4 控制系统的性能指标
  3.2 一阶系统分析
   3.2.1 一阶系统的单位阶跃响应
   3.2.2 一阶系统的单位脉冲响应
   3.2.3 一阶系统的单位斜坡响应
   3.2.4 线性定常系统的重要特性
  3.3 二阶系统
   3.3.1 二阶系统的数学模型
   3.3.2 二阶系统的单位阶跃响应
   3.3.3 二阶系统的性能指标分析
   3.3.4 二阶系统响应特性的改善
   3.3.5 二阶系统的脉冲响应
  3.4 高阶系统分析
   3.4.1 高阶系统的动态响应
   3.4.2 主导极点
  3.5 线性控制系统的稳定性分析
   3.5.1 稳定性的基本概念
   3.5.2 线性系统稳定性的充要条件
   3.5.3 劳斯判据及应用
   3.5.4 控制系统的相对稳定性
  3.6 控制系统的稳态误差
   3.6.1 控制系统的误差
   3.6.2 输入作用下的稳态误差
   3.6.3 静态误差系数
   3.6.4 扰动作用下的稳态误差
   ∗3.6.5 减小或消除稳态误差的措施
  3.7 用Matlab进行动态分析
  ∗3.8 实例分析
  本章小结
  例题和习题
第4章 控制系统的根轨迹分析
  4.1 根轨迹的基本概念
   4.1.1 闭环系统的根轨迹
   4.1.2 根轨迹方程
  4.2 根轨迹的基本性质及绘图的基本规则
   4.2.1 根轨迹的基本性质
   4.2.2 根轨迹绘图的基本规则
  4.3 控制系统的根轨迹绘制
   4.3.1 单回路系统的根轨迹
   4.3.2 参量根轨迹
   4.3.3 多回路系统的根轨迹
   4.3.4 正反馈回路的根轨迹
  4.4 控制系统的根轨迹分析
   4.4.1 增加开环零点对根轨迹的影响
   4.4.2 增加开环极点对根轨迹的影响
   4.4.3 基本PID控制作用对根轨迹的影响
   4.4.4 由根轨迹分析控制系统
  4.5 应用Matlab绘制根轨迹
  ∗4.6 应用根轨迹法分析和设计控制系统实例
  本章小结
  例题和习题
第5章 控制系统的频域分析
  5.1 控制系统频率特性的基本概念
   5.1.1 线性系统的正弦稳态响应和频率特性
   5.1.2 频率特性与传递函数的关系
   5.1.3 频率特性的数学表示
  5.2 典型环节的频率特性
   5.2.1 比例、微分和积分环节
   5.2.2 惯性环节和一阶微分环节
   5.2.3 二阶振荡环节
   5.2.4 二阶微分环节
   5.2.5 滞后环节
  5.3 控制系统的开环频率特性
   5.3.1 开环对数频率特性
   5.3.2 开环幅相图
   5.3.3 最小相位系统和非最小相位系统
  5.4 控制系统的频域稳定性判据
   5.4.1 开环极点与闭环极点
   5.4.2 幅角原理和奈奎斯特判据
   5.4.3 奈奎斯特判据应用于I型和II型系统
   5.4.4 应用伯德图判断稳定性
   5.4.5 相对稳定性和稳定裕量
  5.5 利用对数开环频率特性分析控制系统性能
   5.5.1 L（ω）的低频渐近线与系统的稳态误差
   5.5.2 L（ω）的中频段斜率与系统的稳定性
   ∗5.5.3 开环频率特性与系统的动态性能指标
  5.6 控制系统的闭环频率特性
   5.6.1 闭环频率特性绘制的基本方法
   5.6.2 闭环频率特性的特征
  5.7 频率特性的实验确定
  5.8 利用Matlab进行频率特性分析
   5.8.1 用Matlab作伯德图
   5.8.2 用Matlab绘制奈奎斯特图
  ∗5.9 实例分析
  本章小结
  例题和习题
第6章 控制系统的校正
  6.1 校正的基本概念
   6.1.1 为什么要对控制系统进行校正
   6.1.2 校正方式的分类
   6.1.3 控制系统校正的性能指标
   6.1.4 校正设计方法
  6.2 工业基本控制方法的分析
   6.2.1 PD控制
   6.2.2 PI控制
   6.2.3 PID控制
   ∗6.2.4 PID控制器的调节法则
   ∗6.2.5 PID控制方案的修正
   ∗6.2.6 PID控制的鲁棒性分析
  6.3 常用校正装置及其特性
   6.3.1 超前校正装置
   6.3.2 滞后校正装置
   6.3.3 滞后－超前校正装置
  6.4 控制系统频率法校正示例
   6.4.1 超前校正
   6.4.2 滞后校正
   ∗6.4.3 滞后－超前校正
  6.5 并联反馈校正
   6.5.1 反馈校正的原理
   6.5.2 并联反馈校正的特点
  本章小结
  习题
第7章 采样控制系统
  7.1 引言
  7.2 采样和保持
   7.2.1 采样过程及其数学描述
   7.2.2 采样定理
   7.2.3 保持器
  7.3 Z变换
   7.3.1 Z变换的定义
   7.3.2 由拉氏变换求对应采样信号的Z变换
   7.3.3 Z变换的性质
   7.3.4 逆Z变换
  7.4 离散系统的数学模型及时域分析
   7.4.1 离散系统的差分方程
   7.4.2 脉冲传递函数的定义
   7.4.3 采样控制系统的脉冲传递函数
   7.4.4 离散系统的时域分析
   7.4.5 闭环系统脉冲传递函数极点与动态响应特征关系
  7.5 采样控制系统的稳定性分析
   7.5.1 离散系统稳定性的条件
   7.5.2 双线性变换与劳斯稳定判据
   7.5.3 采样周期与开环增益对稳定性的影响
  7.6 采样控制系统的稳态误差
   7.6.1 采样控制系统的误差传递函数
   7.6.2 采样控制系统的稳态误差与静态误差系数
  7.7 带有数字计算机控制器的闭环系统
   7.7.1 数字PID控制器的实现
   7.7.2 由连续控制器到数字控制器的转换
  ∗7.8 实例分析
  本章小结
  例题和习题
第8章 非线性控制系统
  8.1 基本概念
   8.1.1 非线性系统的特点
   8.1.2 典型非线性特性及对系统性能的影响
   8.1.3 非线性系统的分析方法
  8.2 非线性系统的相平面分析方法
   8.2.1 线性二阶系统奇点的类型
   8.2.2 用奇点类型分析非线性系统平衡点的局部相轨迹
   8.2.3 一类非线性系统的相平面分析
   8.2.4 绘制相平面轨迹的等倾线法
   8.2.5 极限环
  8.3 描述函数分析法
   8.3.1 描述函数的概念
   8.3.2 典型非线性特性的描述函数
   8.3.3 用描述函数法分析非线性系统
  ∗8.4 非线性控制系统的反馈线性化设计方法概述
  本章小结
  习题
第9章 控制系统的状态空间分析与设计
  9.1 线性定常控制系统的状态
  变量描述及求解
   9.1.1 线性定常连续系统的状态变量描述
   9.1.2 状态空间描述与传递函数阵的相互转换
   9.1.3 线性定常连续系统状态方程解的形式
   9.1.4 矩阵指数函数的求解方法
   9.1.5 线性离散系统的状态方程及其求解
  9.2 线性系统的可控性和可观测性
   9.2.1 可控性和可观测性的概念
   9.2.2 线性连续系统的可控性和可观测性判据
   ∗9.2.3 单输入－单输出线性系统的可控性和可观测性规范型
  ∗9.3 李亚普诺夫稳定性分析
   9.3.1 李亚普诺夫稳定性的基本概念
   9.3.2 李雅普诺夫直接法的基本定理
   9.3.3 线性定常系统的稳定性判据
   9.3.4 按首次近似决定非线性系统稳定性
  9.4 线性系统状态空间法综合设计
   9.4.1 状态反馈和输出反馈
   9.4.2 状态反馈极点配置
   ∗9.4.3 状态观测器及其设计
  本章小结
  例题和习题
部分习题答案
参考文献
版权