《自動控制原理》是江蘇省高等教育質量工程立項建設精品教材，主要面向教學研究型大學自動化類專業學生。
《自動控制原理》以經典控制理論為主，較系統地介紹了自動控制理論的基本內容，著重于基本概念、基本理論、基本的分析和設計方法。為適應不同專業和不同層次教學的需要，各章所述的基本分析方法盡可能做到相對獨立，以便使用者靈活選擇。《自動控制原理》內容新穎、實用性強、重點突出，敘述深入淺出、文字簡明流暢。書中除有一般性的例題和習題外，還附有綜合性的例題精解及MATLAB在控制系統分析和設計方面的應用。每章都設有導讀和小結，便于學生學習和總結。
《自動控制原理》可作為普通高等工科學校自動化、電氣工程及其自動化、機械制造及自動化、測控技術與儀器等專業“自動控制原理”課程（48～72學時）的教材，也可作為自動化類專業工程技術人員的自學參考用書。
隨著自動化技術的不斷發展，“自動控制原理”課程越來越受到重視。實踐證明，該課程不僅對工程技術有較強的指導作用，而且對培養學生的辯證思維能力、提高綜合分析和解決問題的能力、建立理論聯系實際和團隊協作的科學觀點都具有重要的指導作用，現已成為各類理工科專業的必修課程之一。
本書是江南大學“自動控制原理”課程組為適應教學研究型大學自動化學科不斷發展的需求，按照“概念講清、理論講透、重在應用”的原則，總結了多年的教學經驗和教學改革成果，參考了國內外控制理論的經典名著，經反復討論編寫而成。
本書的主要特色有：
（1）適應面廣。本書主要面向教學研究型大學自動化類專業的學生。但如果教師適當增加一些內容也適合研究型大學的學生；適當減少一些內容和數學推導，也適合于教學型大學學生。
（2）敘述深入淺出、文字簡明流暢、層次分明。本書初讀起來比較明了，細讀起來又感覺比較深入。教師可以剖析教材進行發揮，學生通過教師講解能深入理解教材內容。既能讓大部分學生基本掌握教學內容，也能夠滿足一些優秀學生深入學習的需求。
（3）注重體系的基本結構，以學生為本，遵循認識規律，加強能力培養，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。
（4）每章前面設置基本要求，最后設置本章小結，便于教學和學習。
（5）為方便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精解和習題，并有部分習題要求應用MATI.AB求解。
（6）名詞術語全部采用全國自動化名詞審定委員會公布的規范名詞，并給出了本書主要專業術語的中英文對照，以方便學生閱讀相關的英文文獻。
（7）將要出版的有學習輔導和習題解答和本書配套，并向教師提供電子教案。
全書共8章，主要內容分4大部分：第一部分包括控制系統概述和線性定常連續系統的分析與綜合；第二部分闡述非線性系統的基本理論和分析方法；第三部分為線性離散系統的基本理論和分析方法；第四部分為在：MATIAB與Simulink支持下對控制系統的計算機輔助分析與設計，設置于各章的最后一節中。
本書由江南大學潘豐、徐穎秦任主編，熊偉麗、謝林柏任副主編，其中，潘豐編寫了第1章，熊偉麗編寫了第2、3章，陳珺編寫了第4章及附錄，徐穎秦編寫了第5、6章，陶洪峰編寫了第7章及參考文獻，謝林柏編寫了第8章。全書由潘豐教授統稿。
由于作者水平有限，書中難免存在錯誤和不妥之處，請讀者批評指正。
前言
第1章 引論
1.1 自動控制系統概述
1.1.1 自動控制系統的一般概念
1.1.2 開環控制
1.1.3 閉環控制
1.1.4 閉環控制系統的基本組成
1.1.5 自動控制理論的發展
1.2 自動控制系統的類型
1.2.1 按信號流向劃分
1.2.2 按輸入信號變化規律劃分
1.2.3 線性系統和非線性系統
1.2.4 定常系統和時變系統
1.2.5 連續系統和離散系統
1.2.6 單輸入單輸出系統與多輸人多輸出系統
1.3 控制系統性能的基本要求和本課程的主要任務
1.3.1 控制系統性能的基本要求
1.3.2 本課程的主要任務
1.4 自動控制系統實例
1.4.1 烘烤爐溫度控制系統
1.4.2 傳動控制系統
本章小結
習題
第2章 制系統的數學模型
2.1 線性系統的時域數學模型——微分方程
2.1.1 列寫系統微分方程的一般方法
2.1.2 線性系統的特點
2.1.3 線性定常系統微分方程的求解
2.1.4 運動的模態
2.2 非線性數學模型的線性化
2.3 線性系統的復域數學模型——傳遞函數
2.3.1 傳遞函數的定義
2.3.2 傳遞函數的基本性質
2.3.3 傳遞函數的常用表達形式
2.3.4 典型環節的傳遞函數
2.4 控制系統的結構圖
2.4.1 系統結構圖的組成和繪制
2.4.2 系統結構圖的等效變換和簡化
2.5 信號流圖和梅森增益公式
2.5.1 信號流圖的組成及性質
2.5.2 根據微分方程繪制信號流圖
2.5.3 根據系統結構圖繪制信號流圖
2.5.4 梅森增益公式
2.6 MATLABqIt數學模型的表示
2.6.1 傳遞函數
2.6.2 控制系統的結構圖模型
2.6.3 控制系統的零極點模型
本章小結
習越
第3章 制系統的時域分析
3.1 系統的時域響應及其性能指標
3.1 I1典型輸入信號
3.1.2 時域響應過程
3.1.3 性能指標
3.2 一階系統的時域響應
3.2.1 一階系統的數學模型和結構圖
3.2.2 一階系統的單位階躍響應
3.2.3 一階系統的單位脈沖響應
3.2.4 一階系統的單位斜坡響應
3.3 二階系統的時域響應
3.3.1 二階系統的數學模型和結構圖
3.3.2 二階系統的單位階躍響應
3.3.3 二階系統階躍響應的性能指標
3.4 高階系統的時域響應
3.4.1 高階系統的時域響應分析
3.4.2 閉環主導極點
3.5 線性系統的穩定性分析
3.5.1 穩定性的概念及定義
3.5.2 線性定常系統穩定的充分必要條件
3.5.3 線性系統的代數判據——勞斯穩定判據
3.5.4 控制系統的相對穩定性
3.6 控制系統的穩態誤差
3.6.1 關于穩態誤差的基本概念
3.6.2 系統類型
3.6.3 給定信號作用下的穩態誤差(靜態誤差系數法)
3.6.4 擾動信號作用下的穩態誤差
3.6.5 提高系統控制精度的措施
3.7 MATLAB在時域分析中的應用
3.7.1 用MATLAB求系統的時域響應
3.7.2 任意函數作用下系統的響應
3.7.3 LTI觀測器
3.7.4 Simulink中的時域響應分析舉例
本章小結
習題
第4章 根軌跡法
4.1 根軌跡的基本概念
4.1.1 根軌跡的定義
4.1.2 根軌跡方程及其幅值和相角條件
4.2 根軌跡繪制的基本規則及其應用
4.2.1 繪制根軌跡的基本規則
4.2.2 根軌跡繪制例題
4.3 廣義根軌跡
4.3.1 參量根軌跡
4.3.2 零度根軌跡
4.4 控制系統的根軌跡分析法
4.4.1 根軌跡與穩定性分析
4.4.2 根軌跡與動態性能分析
4.4.3 增加開環零、極點對控制系統性能的影響
4.5 MATLAB在根軌跡繪制中的應用
本章小結
習題
第5章 線性系統的頻域分析
5.1 頻率特性
5.1.1 頻率特性的基本概念
5.1.2 頻率特性的求取
5.1.3 頻率特性的圖示法
5.2 典型環節的頻率特性
5.2.1 比例環節
5.2.2 積分環節
5.2.3 純微分環節
5.2.4 慣性環節
5.2.5 一階微分環節
5.2.6 振蕩環節
5.2.7 二階微分環節
5.2.8 延遲環節
5.3 控制系統的開環頻率特性
5.3.1 開環奈氏圖
5.3.2 開環Bode圖
5.3.3 最小相位系統和非最小相位系統
5.3.4 延遲系統
5.3.5 傳遞函數的實驗法確定
5.4 奈奎斯特穩定判據
5.4.1 引言
5.4.2 幅角原理
5.4.3 奈氏判據
5.4.4 奈氏判據中N的簡易判斷方法
5.5 穩定裕量
5.5.1 相對穩定性
5.5.2 兩個重要頻率
5.5.3 兩個穩定裕量指標
5.5.4 穩定裕量在Bode圖中的表示
5.5.5 相對穩定性與對數幅頻特性曲線中頻段斜率的關系
5.5.6 穩定裕量指標的求解
5.6 頻率特性與系統性能的關系
5.6.1 開環對數幅頻特性曲線與系統性能的關系
5.6.2 開環頻域指標與時域指標的關系
5.6.3 開環頻域指標和閉環頻域指標的關系
5.7 例題精解
5.8 MATLAB頻域特性分析
5.8.1 用MATLAB繪制奈氏圖
5.8.2 用MATIAB繪制Bode圖
本章小結
習題
第6章 控制系統的校正
6.1 校正的基本概念和方法
6.1.1 校正的基本概念
6.1.2 常用的校正方法
6.1.3 校正的性能指標
6.1.4 校正裝置及校正目標
6.2 串聯超前校正
6.2.1 超前校正裝置及特點
6.2.2 超前校正裝置的設計
6.3 串聯滯后校正
6.3.1 滯后校正裝置及特點
6.3.2 滯后校正裝置的設計
6.4 串聯滯后一超前校正
6.4.1 滯后-超前校正裝置及特點
6.4.2 滯后.超前校正裝置的設計
6.5 PID控制器
6.5.1 比例.積分(PI)控制
6.5.2 比例.微分(PD)控制
6.5.3 比例.積分-微分(PID)控制
6.5.4 PID控制器的實現
6.6 期望頻率特性法校正
6.6.1 系統固有部分的簡化處理
6.6.2 期望開環對數幅頻特性曲線的繪制
6.6.3 期望特性法串聯校正
6.7 反饋校正
6.7.1 反饋校正的原理
6.7.2 反饋校正的設計
6.7.3 反饋校正的其他應用
6.8 復合校正
6.8.1 復合校正的基本概念
6.8.2 按擾動補償的復合校正
6.8.3 按輸入補償的復合校正
6.9 例題精解
6.10 基于MATLAB和Simulink的系統校正
6.10.1 串聯超前校正
6.10.2 串聯滯后校正
6.10.3 利用Simulink工具箱實現系統校正
本章小結
習題
第7章 非線性系統分析
7.1 引言：
7.2 典型非線性籽性
7.2.1 常見的幾種典型非線性特性
7.2.2 非線性系統的特征：
7.2.3 非線性系統的分析方法
7.3 描述函數法
7.3.1 描述函數的定義及求法
7.3.2 典型非線性特性的描述函數
7.3.3 非線性系統的穩定性分析
7.3.4 自激振蕩的分析與計算
7.4 相平面法
7.4.1 相平面法的基本概念
7.4.2 相軌跡圖的繪制
7.4.3 奇點和奇線
7.4.4 用相平面法分析非線性系統
7.5 MATLAB在非線性系統分析中的應用
本章小結
習題
第8章 離散控制系統
8.1 引言
8.1.1 離散控制系統的基本概念
8.1.2 離散控制系統的特點
8.2 信號的采樣與復現
8.2.1 采樣過程
8.2.2 采樣定理
8.2.3 零階保持器
8.3 z變換
8.3.1 z變換的定義
8.3.2 變換的性質
8.3.3 z反變換
8.4 離散控制系統的數學模型
8.4.1 線性常系數差分方程及求解
8.4.2 脈沖傳遞函數
8.4.3 開環脈沖傳遞函數
8.4.4 閉環系統脈沖傳遞函數
8.5 離散控制系統的性能分析
8.5.1 穩定性分析與判斷
8.5.2 穩態誤差及其計算
8.5.3 閉環極點與瞬態響應的關系
8.5.4 動態性能分析
8.6 MATLAB在離散控制系統分析中的應用
本章小結
習題
附錄A 常用函數的z變換和拉普拉斯變換
附錄B MATLAB和Simulink簡介
附錄C 控制理論中常用術語的中英
文對照表
參考文獻
過去的一百年是科學和工程技術發展最迅速的一個世紀，人類的許多希望和夢想，被科學和技術變成現實。其中，自動控制技術所取得的成就和起到的作用給各行各業的人們留下了深刻的印象。從最初的機械轉速、位移的控制到工業過程中溫度、壓力、流量、物位的控制，從遠洋巨輪到深水潛艇的控制，從電動假肢到機器人的控制，自動控制技術的應用幾乎無處不在。從電氣、機械、航空、化工、核反應到經濟管理、生物工程，自動控制理論和技術已經介入到許多學科，滲透到各個工程領域。所以，大多數工程技術人員和科學工作者都希望具備一定的自動控制理論知識，以能夠設計和使用自動控制系統。
自動控制原理主要講述自動控制的基本理論和分析、設計控制系統的基本方法。本章描述自動控制的基本概念、任務、控制方式、控制系統的基本組成及對閉環控制過程進行簡單分析，建立對本學科的一個較為明確的認識。
1.1 自動控制系統概述
1.1.1 自動控制系統的一般概念
所謂自動控制就是在沒有人直接操作的情況下，通過控制器使一個裝置或過程（統稱為控制對象）自動地按照給定的規律運行，使被控變量能按照給定的規律變化。系統是指按照某些規律結合在一起的物體（元部件）的組合，它們互相作用、互相依存，并能完成一定的任務。能夠實現自動控制的系統就可稱為自動控制系統。
例如：人造衛星按指定的軌道運行，并始終保持正確的姿態，使它的太陽能電池一直朝向太陽，無線電天線一直指向地球；電網的電壓和頻率自動地維持不變；金屬切削機床的速度在電網電壓或負載發生變化時，能自動保持近似不變。以上這些，都是自動控制的結果。
現代數字計算機的迅速發展，為自動控制技術的應用開辟了廣闊的前景，使它不僅大量應用于空間技術、科技、工業、交通管理、環境衛生等領域，而且它的概念和分析問題的方法也向其他領域滲透，政治、經濟、教學等領域中的各種體系，人體的各種功能，自然界中的各種生物學系統，都可視為是一種控制系統。自動控制系統的廣泛應用使生產設備或過程實現自動化，極大地提高了勞動生產率和產品的質量，改善了勞動條件。
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