該教材是在董景新等編著的《控制工程基礎》第4版的基礎上，適應線上線下混合式教學編寫。教材第5版采用紙質教材和數字化資源結合的新式教材，這種教材既能保持紙質教材的結構邏輯嚴謹，又能發揮數字化資源的豐富直觀。教材主要面向機械類、儀器類及其他非控制專業本科生。主要內容包括：控制系統的動態數學模型、時域瞬態響應分析、控制系統的頻率特性、控制系統的穩定性分析、控制系統的誤差分析和計算、控制系統的綜合與校正、根軌跡法、計算機控制系統、控制系統的非線性問題、MATLAB軟件工具在控制系統分析和綜合中的應用、LabVIEW工具在控制系統分析和綜合中的應用。該教材突出機械運動作為主要控制對象，并對其數學模型和分析綜合重點做了介紹；著重基本概念的建立和解決機電控制問題的基本方法的闡明, 并簡化或略去與機電工程距離較遠較艱深的嚴格數學推導內容；引入和編寫了較多的例題習題, 便于自學；該教材融入了有關的機電一體化新技術和新分析方法，可供相關領域的科技人員參考。同時，為了配合該教材的使用，還編寫了《控制工程基礎實驗指導》和《控制工程基礎習題解》以供選用。
現代科技的發展使網絡得到了極大的普及和完善，百年形成的近乎完美的采用紙質教材進行純課堂教學模式受到挑戰。同時由于新型冠狀病毒疫情的長期性、復雜性，線上線下混合式教學模式應運而生，成為一種新的教學模式。該教材的第5版正是為了適應線上線下混合式教學模式編寫的。該教材是采用紙質教材和數字化資源結合的新形態教材，既能保持紙質教材的結構邏輯嚴謹，又能發揮數字化資源的豐富直觀。
該教材是在董景新、趙長德、郭美鳳、陳志勇、劉云峰、李冬梅編著的獲評全國首屆教材建設獎優秀教材二等獎的《控制工程基礎（第4版）》的基礎上編寫的。《控制工程基礎（第4版）》自2015年1月正式面世已7年多。自第1、2、3、4版教材相繼出版以來，隨著控制工程基礎課程在全國各高等院校的機械類、儀器類等非控制專業逐漸普遍開設，以及本教材聲譽的不斷提升，對教材的需求量也穩步增加。自出版以來根據需求該教材多次重新印刷，第1版11年時間累計印刷11次，印數達53000冊；第2版5年多時間累計印刷10次，印數達60000冊；第3版不到6年時間累計13次印刷，印數達64500冊；第4版截至2021年已印刷17次，印數達74000冊；截至2021年該教材總印數已達25.15萬冊。
控制工程基礎課程相繼被評為清華大學、北京市和精品課程，精品資源共享課； 清華大學等院校將本課程確定為機械學院平臺課。除本校使用該教材外，另有約100所兄弟院校的儀器儀表類和機械類專業將該教材選為教學教材和研究生入學考試參考書。隨著需求量的增加，我們深感責任的加重，也促使我們對于教材的編寫精益求精、與時俱進，于是結合教學模式的變化進一步編寫了第5版教材。
第5版教材主要是融入了由加拿大Quanser公司開發的Controls數字化動畫素材(用手機掃分布在紙質教材有關章節內容處的二維碼即可觀看)。與此同時各章相關內容也做了或多或少的補充和修改，以更好地做到紙質教材和數字化資源相互配合達到更好的教學和自學效果。
另外，根據實際工程和科研的基本需求和多年的教學經驗，在各章節內容論述上繼續力求概念表達清楚準確，加強對問題的歸納說明，同時對由于技術發展現在已較少應用的上一版M圓、N圓、尼科爾斯圖等內容予以刪除，也適當增加了工程實用的一些內容。
全書由董景新教授整理統編。
該教材廣泛參考了國內外同類教材和其他有關文獻,保持并突出以下特點:
(1) 突出機械運動作為主要受控對象，并對其數學模型和分析綜合內容重點介紹;
(2) 對自動調節原理基本內容表達清楚,著重于基本概念的建立和解決機電控制問題的基本方法的闡明,并簡化或略去與機電工程距離較遠、較艱深的嚴格數學推導內容;
(3) 引入和編寫較多的例題及習題,便于自學;
(4) 反映機電一體化新技術和新分析方法。
對于屬于該書領域的非基本內容，但在本領域文獻中時有出現的較為繁難的部分，該教材中也作了一定簡要介紹，其有關章節前注以*號。
在教材的編寫中，得到加拿大Quanser公司中國區經理王薇女士的熱情支持和幫助，特此致謝！
編者
2022年9月
二維碼使用指南
董景新,清華大學教授，博士生導師。1981年清華大學研究生畢業。主要從事導航與控制方面的教學和研究工作。兼任中國慣性技術學會監事長、中國航空學會導航控制分會委員、《中國慣性技術學報》編委會副主任委員等。作為課題負責人承擔了 十五、十一五、十二五預研項目4項，863項目1項，預研基金項目2項，以及多項開發項目。曾獲省部級科研和教學成果一等獎各1項，省部級科研成果三等獎3項，授權發明專利5項。相關教學成果如下：（1）1982年-2014年，作為國家精品課程控制工程基礎負責人主講 控制工程基礎本科生專業基礎課程，學生包括清華大學精密儀器系、機械系、汽車系、熱能系等。控制工程基礎課程，獲2004年北京市精品課稱號。（2）1998年-2014年，作為主講教師講授現代控制理論與方法概論研究生專業基礎課程，學生包括清華大學精密儀器系、機械系、汽車系等。（3）2001年-2014年，負責控制工程基礎精品課建設項目。（4）負責課程實驗室期（2001-2003年）、第二期（2004-2010年）建設，完成清華大學985測控教學實驗基地機電控制工程基礎子課題。（5）主編 控制工程基礎教材（第1、2、3、4版）。
1概論
1.1控制理論在工程中的應用和發展
1.2自動控制系統的基本概念
1.2.1自動控制系統的工作原理
1.2.2開環控制與閉環控制
1.2.3反饋控制系統的基本組成
1.2.4自動控制系統的基本類型
1.2.5對控制系統的基本要求
1.3控制理論在機械制造工業中的應用
1.4課程主要內容及學時安排
例題及習題
2控制系統的動態數學模型
2.1微分方程表示的基本環節數學模型
2.1.1質量彈簧阻尼系統
2.1.2電路網絡
2.1.3電動機
2.2數學模型的線性化
2.3拉普拉斯變換及反變換
2.3.1拉普拉斯變換的定義
2.3.2簡單函數的拉普拉斯變換
2.3.3拉普拉斯變換的性質
2.3.4拉普拉斯反變換
2.3.5借助拉普拉斯變換解常系數線性微分方程
2.4傳遞函數以及典型環節的傳遞函數
2.4.1比例環節
2.4.2一階慣性環節
2.4.3微分環節
2.4.4積分環節
2.4.5二階振蕩環節
2.5系統函數方塊圖及其簡化
2.6系統信號流圖及梅森公式
2.7受控機械對象數學模型
2.8繪制實際物理系統的函數方塊圖
2.9控制系統數學模型的MATLAB實現
2.9.1控制系統在MATLAB中的描述
2.9.2計算閉環傳遞函數
2.9.3應用舉例
*2.10狀態空間方程的基本概念
例題及習題
3時域瞬態響應分析
3.1時域響應以及典型輸入信號
3.1.1階躍函數
3.1.2斜坡函數
3.1.3加速度函數
3.1.4脈沖函數
3.1.5正弦函數
3.2一階系統的瞬態響應
3.2.1一階系統的單位階躍響應
3.2.2一階系統的單位斜坡響應
3.2.3一階系統的單位脈沖響應
3.3二階系統的瞬態響應
3.3.1二階系統的單位階躍響應
3.3.2二階系統的單位脈沖響應
3.3.3二階系統的單位斜坡響應
3.4時域分析性能指標
3.5高階系統的瞬態響應
3.6借助MATLAB進行系統時間響應分析
3.6.1基于Toolbox工具箱的時域分析
3.6.2系統框圖輸入與仿真工具Simulink
3.7時域瞬態響應的實驗方法
例題及習題
4控制系統的頻率特性
4.1機電系統頻率特性的概念及其基本實驗方法
4.1.1頻率特性概述
4.1.2頻率特性的實驗求取
4.2極坐標圖
4.2.1典型環節的奈氏圖
4.2.2奈氏圖的一般作圖方法
4.3對數坐標圖
4.3.1典型環節的伯德圖
4.3.2一般系統伯德圖的作圖方法
4.3.3小相位系統
4.4由頻率特性曲線求系統傳遞函數
4.5由單位脈沖響應求系統的頻率特性
4.6控制系統的閉環頻響
4.6.1由開環頻率特性估計閉環頻率特性
4.6.2系統頻域指標
4.7機械系統動剛度的概念
4.8借助MATLAB進行控制系統的頻域響應分析
4.8.1頻率響應的計算方法
4.8.2頻率響應曲線的繪制
例題及習題
5控制系統的穩定性分析
5.1系統穩定性的基本概念
5.2系統穩定的充要條件
5.3代數穩定性判據
5.3.1勞斯穩定性判據
5.3.2赫爾維茨穩定性判據
5.4奈奎斯特穩定性判據
5.4.1映射定理
5.4.2奈奎斯特穩定性判據
5.4.3奈奎斯特穩定性判據應用于小相位系統
5.5應用奈奎斯特穩定性判據分析延時系統的穩定性
5.5.1延時環節串聯在閉環系統的前向通道中時的系統穩定性
5.5.2延時環節并聯在閉環系統前向通道中時的系統穩定性
5.6由伯德圖判斷系統的穩定性
5.7控制系統的相對穩定性
5.7.1采用勞斯判據看系統相對穩定性
5.7.2采用奈奎斯特穩定性判據看系統相對穩定性及其相對穩定性指標
5.8借助MATLAB分析系統穩定性
例題及習題
6控制系統的誤差分析和計算
6.1穩態誤差的基本概念
6.2輸入引起的穩態誤差
6.2.1誤差傳遞函數與穩態誤差
6.2.2靜態誤差系數
6.3干擾引起的穩態誤差
6.4減小系統誤差的途徑
6.5動態誤差系數
例題及習題
7控制系統的綜合與校正
7.1系統的性能指標
7.1.1時域性能指標
7.1.2開環頻域指標
7.1.3閉環頻域指標
7.1.4綜合性能指標（誤差準則）
7.2系統的校正概述
7.3串聯校正
7.3.1超前校正
7.3.2滯后校正
7.3.3滯后超前校正
7.3.4PID調節器
7.4反饋校正
7.4.1利用反饋校正改變局部結構和參數
7.4.2速度反饋和加速度反饋
7.5用頻率法對控制系統進行綜合與校正
7.5.1典型系統的希望對數頻率特性
7.5.2希望對數頻率特性與系統性能指標的關系
7.5.3用希望對數頻率特性進行校正裝置的設計
7.6典型控制系統舉例
7.6.1直流電動機調速系統
7.6.2電壓位置隨動系統
7.7確定控制方式及參數的其他方法
7.7.1任意極點配置法
7.7.2高階系統累試法
7.7.3試探法
7.7.4齊格勒尼科爾斯法
7.8MATLAB在系統綜合校正中的應用
7.8.1MATLAB函數在系統校正中的應用
7.8.2Simulink在系統綜合校正中的應用
例題及習題
8根軌跡法
8.1根軌跡與根軌跡方程
8.1.1根軌跡
8.1.2根軌跡方程及相角、幅值條件
8.2繪制根軌跡的基本法則
8.3其他參數根軌跡圖的繪制
8.4根軌跡圖繪制舉例
8.5系統閉環零點、極點的分布與性能指標
8.5.1閉環零極點分布與階躍響應的定性關系
8.5.2利用主導極點估算系統性能指標
8.6借助MATLAB進行系統根軌跡分析
8.6.1根軌跡的相關函數
8.6.2利用MATLAB進行系統根軌跡分析
例題及習題
9計算機控制系統
9.1計算機控制系統概述
9.1.1計算機控制系統的組成
9.1.2計算機內信號的處理和傳遞過程
9.1.3計算機控制系統理論
9.2線性離散系統的數學模型
9.2.1線性常系數差分方程
9.2.2Z變換
9.2.3脈沖傳遞函數
*9.2.4離散狀態空間模型
9.3線性離散系統的性能分析
9.3.1線性離散系統的穩定性分析
9.3.2線性離散系統的穩態誤差分析
9.4計算機控制系統的模擬化設計方法
9.4.1數字校正環節的近似設計方法
9.4.2數字PID控制器
9.5MATLAB在計算機控制系統中的應用
9.5.1Z變換和Z反變換
9.5.2連續系統的離散化方法
9.5.3利用Toolbox工具箱分析離散系統
9.5.4利用Simulink分析離散系統
例題及習題
*10控制系統的非線性問題
10.1概述
10.1.1典型的非線性類型
10.1.2分析非線性系統的方法
10.2描述函數法
10.2.1定義
10.2.2飽和放大器
10.2.3兩位置繼電特性
10.2.4死區
10.2.5三位置繼電特性
10.2.6間隙
10.2.7利用描述函數法分析非線性系統穩定性
10.3相軌跡法
10.3.1相軌跡的作圖法
10.3.2奇點
10.3.3從相軌跡求時間信息
10.3.4非線性系統的相平面分析
10.4李雅普諾夫穩定性方法
10.5借助MATLAB分析系統非線性
10.5.1非線性系統的時域及頻域特性的MATLAB實現
10.5.2非線性系統的相平面圖
例題及習題
11基于LabVIEW的控制系統動態仿真演示軟件
11.1LabVIEW介紹
11.2借助LabVIEW建立和分析控制系統
11.2.1在LabVIEW中創建一個虛擬儀器（VI）
11.2.2系統參數輸入
11.2.3系統模型建立、分析及仿真
11.2.4系統結果輸出
11.3借助LabVIEW分析控制系統的時域特性
11.3.1系統傳遞函數輸入
11.3.2時域特性分析
11.4借助LabVIEW分析控制系統的頻率特性
11.4.1系統傳遞函數輸入
11.4.2系統頻域特性分析
11.4.3開環系統伯德圖繪制
11.4.4閉環系統的頻率特性
11.5借助LabVIEW分析控制系統的穩定性
11.6借助LabVIEW分析控制系統的穩態誤差
11.7LabVIEW在系統綜合校正中的應用
11.8借助LabVIEW進行系統根軌跡分析
附錄A拉普拉斯變換表
附錄B高階模型頻比的證明
部分習題參考答案
參考文獻
新書資訊