圖書簡介：
本書的內容以經典控制理論為主，為了適應不同專業和不同層次教學的需要，各章所述的各種基本分析方法盡可能做到相對獨立，以便使用者根據具體情況靈活選擇。
全書共分10章。主要內容分為4大部分：第1部分包括自動控制的基本概念，以及線性系統的數學模型、時域響應分析、根軌跡分析、頻域特性分析、控制系統設計與校正，這些內容屬于線性定常連續控制系統問題，闡明自動控制的3個基本問題，即模型、分析和控制；第2部分介紹離散控制系統理論，詳細闡述z變換理論對離散信號的分析基礎；第3部分闡述非線性系統的基本理論和分析方法，包括相平面法和描述函數法，目的是為學生進一步學習后續課程打下一定的基礎；第4部分介紹非線性控制系統設計應用最廣泛的兩類控制算法——PID和MPC。
本書是根據目前本科院校自動化專業“自動控制原理”課程的教學大綱編寫的，既可作為普通高校電氣工程自動化、通信、計算機、自動控制等專業的教材，也可作為科技人員的參考用書。
前 言
自動控制原理是自動化學科的重要理論基礎，是專門研究自動控制系統的基本概念、基本原理和基本方法的一門課程，是高等學校自動化類專業的一門核心課程。學好自動控制理論對掌握自動化技術有著重要的作用。
本書是為了適應自動化學科的發展、拓寬專業面、優化整體教學體系的教學改革形勢，按照“理論講透、重在應用”的原則，在總結了作者多年的教學經驗和課程教學改革的成果，并參考了國內外控制理論及應用發展方向的基礎上，經反復討論編寫而成的。
本書具有以下特點。
(1) 注重體系的基本結構，強調控制理論的基本概念、基本原理和基本方法，內容精練，重點突出，不以細節為主。
(2) 以學生為本，加強能力培養，遵循認識規律，內容敘述力求深入淺出、層次分明；注意理論的完整性與工程的實用性相結合，培養學生的工程意識。
(3) 引入風靡世界的MATLAB軟件實現控制系統的輔助分析和設計，培養學生現代化的分析與設計能力，以適應21世紀教學現代化的發展要求。
(4) 為了便于不同層次的學生和讀者自學，各章都附有較豐富的、有難度層次的典型例題和習題，并有部分習題要求應用MATLAB求解。
全書共分10章，具體內容如下。
第1章介紹自動控制的基本概念，通過對控制理論研究的對象和任務的整體介紹，引出自動控制系統的常用術語，給出從系統到方框圖的定性分析方法，并簡述自動控制理論的發展歷史。
第2章介紹控制系統的數學描述方法，詳述數學模型作為理論研究的重要意義，系統地介紹作為定量分析控制系統的兩種數學模型和兩種數學圖形，突出強調參數模型的必要性及基本要素與其表達，并著重對傳遞函數分析和基于方框圖、梅遜公式的數學模型的簡化方法進行詳細討論。
第3章介紹線性系統的時域分析方法，并重點對系統的穩定性、快速性、準確性的分析方法進行討論。
第4章介紹線性系統的根軌跡分析方法，編入根軌跡作圖的基本內容，并引進MATLAB方法繪制根軌跡。
第5章介紹工程上重點應用的方法——頻率法，對頻率域作圖、分析的原理進行詳細討論，并給出截止頻率、相位裕量等頻域指標的分析計算方法。
第6章介紹線性系統的校正方法，重點介紹工程中常用的頻率法校正，對反饋校正、復合校正也做了介紹，并給出各種校正裝置的設計方法和性能指標的驗算方法。
第7章介紹離散控制系統理論，詳細討論z變換理論對離散信號的分析基礎，指出應用線性理論分析系統性能的方法分析離散系統時與連續系統有哪些相似性，又有哪些本質上的不同。
第8章介紹非線性系統的相平面法和描述函數法，并討論工程實際中常見的非線性特性及解決的一般方法。
第9章介紹非線性控制系統設計，使讀者了解非線性控制系統的設計方法，熟練掌握應用反饋線性化方法、反步法進行非線性控制系統的設計方法，了解滑模控制系統、自適應控制系統的設計方法。
第10章介紹應用最廣泛的兩類控制算法——PID和MPC。
本書主要由河北能源職業技術學院謝志英、王瑞云、楊艷玲和唐山科技職業技術學院劉文麗四位老師負責編寫，其中謝志英老師編寫第3、6、7章，王瑞云老師編寫第5、8章，楊艷玲老師編寫第1、4、10章，劉文麗老師編寫第2、9章，整體統稿工作由謝志英老師負責。
由于編者水平有限，書中錯誤和不妥之處在所難免，懇請廣大讀者批評指正。
編 者
目 錄
第1章 自動控制的一般概念 1
1.1 自動控制的基本原理與方式 1
1.2 自動控制系統示例 3
1.3 自動控制系統的分類 5
1.4 對自動控制系統的基本要求 7
習題 9
第2章 控制系統的數學模型 11
2.1 控制系統的時域數學模型 11
2.2 控制系統的復數域數學模型 15
2.3 控制系統的結構圖與信號流圖 18
2.4 數學模型的實驗測定法 31
習題 35
第3章 線性系統的時域分析法 38
3.1 系統時間響應的性能指標 38
3.2 一階系統的時域分析 41
3.3 二階系統的時域分析 46
3.4 高階系統的時域分析 54
3.5 線性系統的穩定性分析 59
3.6 線性系統的穩態誤差計算 67
習題 73
第4章 線性系統的根軌跡法 76
4.1 根軌跡法的基本概念 76
4.2 根軌跡繪制的基本法則 78
4.3 廣義根軌跡 89
4.4 系統性能的分析 93
習題 96
第5章 線性系統的頻域分析法 98
5.1 引言 98
5.2 頻率特性 99
5.3 開環系統的典型環節分解和開環頻率特性曲線的繪制 105
5.4 頻率域穩定判據 126
5.5 穩定裕度 131
5.6 閉環系統的頻率性能指標 136
習題 143
第6章 線性系統的校正方法 147
6.1 系統的設計與校正問題 147
6.2 常用校正裝置及其特性 152
6.3 串聯校正 159
6.4 反饋校正 170
6.5 復合校正 176
習題 179
第7章 線性離散系統的分析 181
7.1 離散系統的基本概念 181
7.2 信號的采樣與保持 183
7.3 z變換理論 189
7.4 離散系統的數學模型 197
7.5 離散系統的穩定性與穩態誤差 206
7.6 離散系統的動態性能分析 212
習題 214
第8章 非線性控制系統分析 217
8.1 非線性控制系統概述 217
8.2 常見非線性特性及其對系統運動的影響 221
8.3 相平面法 224
8.4 描述函數法 237
習題 249
第9章 非線性控制系統設計 252
9.1 反饋線性化方法 252
9.2 反步法 261
9.3 滑模控制方法簡介 265
9.4 自適應控制方法簡介 269
習題 278
第10章 PID和MPC控制算法 280
10.1 PID控制算法 280
10.2 MPC控制算法 287
習題 298
參考文獻 299
圖書簡介：
本書的內容以經典控制理論為主，為了適應不同專業和不同層次教學的需要，各章所述的各種基本分析方法盡可能做到相對獨立，以便使用者根據具體情況靈活選擇。
全書共分10章。主要內容分為4大部分：第1部分包括自動控制的基本概念，以及線性系統的數學模型、時域響應分析、根軌跡分析、頻域特性分析、控制系統設計與校正，這些內容屬于線性定常連續控制系統問題，闡明自動控制的3個基本問題，即模型、分析和控制；第2部分介紹離散控制系統理論，詳細闡述z變換理論對離散信號的分析基礎；第3部分闡述非線性系統的基本理論和分析方法，包括相平面法和描述函數法，目的是為學生進一步學習后續課程打下一定的基礎；第4部分介紹非線性控制系統設計應用最廣泛的兩類控制算法——PID和MPC。
本書是根據目前本科院校自動化專業“自動控制原理”課程的教學大綱編寫的，既可作為普通高校電氣工程自動化、通信、計算機、自動控制等專業的教材，也可作為科技人員的參考用書。
前 言
自動控制原理是自動化學科的重要理論基礎，是專門研究自動控制系統的基本概念、基本原理和基本方法的一門課程，是高等學校自動化類專業的一門核心課程。學好自動控制理論對掌握自動化技術有著重要的作用。
本書是為了適應自動化學科的發展、拓寬專業面、優化整體教學體系的教學改革形勢，按照“理論講透、重在應用”的原則，在總結了作者多年的教學經驗和課程教學改革的成果，并參考了國內外控制理論及應用發展方向的基礎上，經反復討論編寫而成的。
本書具有以下特點。
(1) 注重體系的基本結構，強調控制理論的基本概念、基本原理和基本方法，內容精練，重點突出，不以細節為主。
(2) 以學生為本，加強能力培養，遵循認識規律，內容敘述力求深入淺出、層次分明；注意理論的完整性與工程的實用性相結合，培養學生的工程意識。
(3) 引入風靡世界的MATLAB軟件實現控制系統的輔助分析和設計，培養學生現代化的分析與設計能力，以適應21世紀教學現代化的發展要求。
(4) 為了便于不同層次的學生和讀者自學，各章都附有較豐富的、有難度層次的典型例題和習題，并有部分習題要求應用MATLAB求解。
全書共分10章，具體內容如下。
第1章介紹自動控制的基本概念，通過對控制理論研究的對象和任務的整體介紹，引出自動控制系統的常用術語，給出從系統到方框圖的定性分析方法，并簡述自動控制理論的發展歷史。
第2章介紹控制系統的數學描述方法，詳述數學模型作為理論研究的重要意義，系統地介紹作為定量分析控制系統的兩種數學模型和兩種數學圖形，突出強調參數模型的必要性及基本要素與其表達，并著重對傳遞函數分析和基于方框圖、梅遜公式的數學模型的簡化方法進行詳細討論。
第3章介紹線性系統的時域分析方法，并重點對系統的穩定性、快速性、準確性的分析方法進行討論。
第4章介紹線性系統的根軌跡分析方法，編入根軌跡作圖的基本內容，并引進MATLAB方法繪制根軌跡。
第5章介紹工程上重點應用的方法——頻率法，對頻率域作圖、分析的原理進行詳細討論，并給出截止頻率、相位裕量等頻域指標的分析計算方法。
第6章介紹線性系統的校正方法，重點介紹工程中常用的頻率法校正，對反饋校正、復合校正也做了介紹，并給出各種校正裝置的設計方法和性能指標的驗算方法。
第7章介紹離散控制系統理論，詳細討論z變換理論對離散信號的分析基礎，指出應用線性理論分析系統性能的方法分析離散系統時與連續系統有哪些相似性，又有哪些本質上的不同。
第8章介紹非線性系統的相平面法和描述函數法，并討論工程實際中常見的非線性特性及解決的一般方法。
第9章介紹非線性控制系統設計，使讀者了解非線性控制系統的設計方法，熟練掌握應用反饋線性化方法、反步法進行非線性控制系統的設計方法，了解滑模控制系統、自適應控制系統的設計方法。
第10章介紹應用最廣泛的兩類控制算法——PID和MPC。
本書主要由河北能源職業技術學院謝志英、王瑞云、楊艷玲和唐山科技職業技術學院劉文麗四位老師負責編寫，其中謝志英老師編寫第3、6、7章，王瑞云老師編寫第5、8章，楊艷玲老師編寫第1、4、10章，劉文麗老師編寫第2、9章，整體統稿工作由謝志英老師負責。
由于編者水平有限，書中錯誤和不妥之處在所難免，懇請廣大讀者批評指正。
編 者
目 錄
第1章 自動控制的一般概念 1
1.1 自動控制的基本原理與方式 1
1.2 自動控制系統示例 3
1.3 自動控制系統的分類 5
1.4 對自動控制系統的基本要求 7
習題 9
第2章 控制系統的數學模型 11
2.1 控制系統的時域數學模型 11
2.2 控制系統的復數域數學模型 15
2.3 控制系統的結構圖與信號流圖 18
2.4 數學模型的實驗測定法 31
習題 35
第3章 線性系統的時域分析法 38
3.1 系統時間響應的性能指標 38
3.2 一階系統的時域分析 41
3.3 二階系統的時域分析 46
3.4 高階系統的時域分析 54
3.5 線性系統的穩定性分析 59
3.6 線性系統的穩態誤差計算 67
習題 73
第4章 線性系統的根軌跡法 76
4.1 根軌跡法的基本概念 76
4.2 根軌跡繪制的基本法則 78
4.3 廣義根軌跡 89
4.4 系統性能的分析 93
習題 96
第5章 線性系統的頻域分析法 98
5.1 引言 98
5.2 頻率特性 99
5.3 開環系統的典型環節分解和開環頻率特性曲線的繪制 105
5.4 頻率域穩定判據 126
5.5 穩定裕度 131
5.6 閉環系統的頻率性能指標 136
習題 143
第6章 線性系統的校正方法 147
6.1 系統的設計與校正問題 147
6.2 常用校正裝置及其特性 152
6.3 串聯校正 159
6.4 反饋校正 170
6.5 復合校正 176
習題 179
第7章 線性離散系統的分析 181
7.1 離散系統的基本概念 181
7.2 信號的采樣與保持 183
7.3 z變換理論 189
7.4 離散系統的數學模型 197
7.5 離散系統的穩定性與穩態誤差 206
7.6 離散系統的動態性能分析 212
習題 214
第8章 非線性控制系統分析 217
8.1 非線性控制系統概述 217
8.2 常見非線性特性及其對系統運動的影響 221
8.3 相平面法 224
8.4 描述函數法 237
習題 249
第9章 非線性控制系統設計 252
9.1 反饋線性化方法 252
9.2 反步法 261
9.3 滑模控制方法簡介 265
9.4 自適應控制方法簡介 269
習題 278
第10章 PID和MPC控制算法 280
10.1 PID控制算法 28010.2 MPC控制算法 287
習題 298
參考文獻 299
