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本书是一本基于元宇宙技术来讲述自动控制原理的元形态教材。通过在元宇宙中构建虚拟校园学习环境，允许学生在虚拟教室、虚拟实验室、虚拟图书馆和虚拟操场等元宇宙环境中学习系统和控制的理论知识并动手实践完成相关控制实验；同时本书以四旋翼无人机的飞行控制作为贯穿全书的实例，从应用需求的角度介绍了经典控制理论和现代控制理论的核心基础内容。本书的目标是通过元宇宙这种新兴技术手段，赋予传统教材新的生命力，以简明易懂和深入浅出的语言阐述知识，以生动直观的方式演示理论，以沉浸式的交互体验完成实践，激发学生对自动控制原理的学习兴趣，加深对控制理论核心知识的理解与掌握，同时获得一定的工程实践经验。 本书共分为6章。第1章为绪论，介绍了无人机、系统和控制的基本概念以及控制领域的常见问题；第2章分别介绍了微分方程、传递函数和状态空间三种形式系统模型的构建方法，并对它们之间的转换关系进行了分析；第3章则介绍了控制系统稳定性、动态性能指标和稳态性能指标等控制系统时域分析方法的具体内容；第4章介绍了控制器的设计方法，分别给出了PID控制器、基于主导极点的控制器、基于状态反馈的控制器和超前校正控制器的具体设计方法和注意事项；第5章首先对本书配套的元宇宙实验环境“广义机器人虚拟仿真系统”进行了介绍，然后详细分析了无人机跟踪给定航迹控制任务、城市巡航人机交互控制任务和带环境风干扰的城市巡航人机交互控制任务三种控制实验；第6章作为附录，拓展介绍了使用频域方法分析和设计控制系统的详细步骤，丰富了控制科学的研究方法。 本书可作为普通高校、高职高专院校自动化、电气工程及其自动化、机械和化工过程自动化类学科相关课程的专业教材和教学参考书，也可以作为成人高等教育相关课程的教材，还可以供有关科研人员和工程技术人员参考。 |
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