本書是普通高等教育十一五*規劃教材，全面地闡述自動控制的理論及應用。全書共分8章和2個附錄，主要內容包括：線性系統的數學模型、時域響應分析、根軌跡法、頻域特性分析、控制系統的設計與校正、非線性系統分析、采樣控制系統，以及在MATLAB/Simulink支持下對控制系統進行計算機輔助分析與設計。全書內容取材新穎，闡述深入淺出。為便于自學，各章均附有典型題詳解、精選習題和考研試題。 本書可作為高等院校自動化等專業的本科生教材，也可供相關專業的研究生或從事自動化技術工作的人員參考。
十一五*規劃教材；提供電子課件；提供部分習題解答。
自動控制原理是自動化學科的重要理論基礎課程，是專門研究有關自動控制系統中基本概念、基本原理和基本方法的一門課程，也是高等學校自動化類專業的一門核心基礎理論課程。學好自動控制理論，對掌握自動化技術有著重要作用。
2004年7月，初版教材出版發行，為適應自動化學科的發展，擴寬專業面、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，總結了作者多年的教學經驗和課程教學改革的成果，參考了國內外控制理論及應用發展的方向，經反復討論編寫而成。2009年1月，第2版出版發行，并入選普通高等教育十一五國家級規劃教材；2013年1月，第3版出版發行。幾年來，控制理論的教學在高等院校有了較大的發展，許多選用本書的院校提出了一些寶貴的建議，為此，我們進行了第4版的修訂。
第4版教材分8章及兩個附錄。主要內容分為4大部分：第一部分包括基本概念，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，闡明了自動控制的3個基本問題，即模型、分析和控制。第二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基礎。第三部分有意加強了作為數字控制理論基礎的采樣控制系統的討論，重點介紹了采樣系統的數學模型、穩定性分析與采樣系統的綜合校正。第四部分為MATLAB/Simulink軟件實現控制系統的輔助分析和設計，以培養學生現代化的分析與設計能力，適應21世紀教學現代化的發展要求，并在每章最后附相關應用。
第4版的內容保留了第3版增補的內容并進行了優化：線性常微分方程求解，傳遞函數零點和極點對系統輸出的影響，方框圖利用梅遜公式求傳遞函數，實驗方法建立系統的數學模型；二階系統的過阻尼動態分析，單位斜坡響應及非零初始條件下的輸出響應分析，高階系統的動態性能分析；根軌跡與系統性能、閉環零點、極點與開環零點、極點之間的關系，多變量根軌跡、零極點對根軌跡的影響，利用根軌跡分析系統性能；頻率特性的圖形、利用頻率特性分析系統品質、MATLAB/Simulink頻域特性分析，頻率法串聯校正、復合校正實例；控制系統設計的MATLAB/Simulink實現；非線性系統相平面圖的解析繪制、由相軌跡求取時間、非線性系統的穩定性分析及非線性系統的簡化；采樣過程的數學描述、采樣周期的選擇等。
第4版教材重點對考研試題進行了更新和優化。為避免過于數學化，第4版教材對部分公式的推導進行了簡化。
第4版教材是面向應用型大學人才培養需要的一本教材，適用對象為工程應用型自動化專業的本科學生，也可供電氣信息類其他專業的研究生以及工程技術人員使用。在編寫過程中，作者充分注意到了以下幾點：
（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，內容精煉，重點突出，不以細節為主。
（2） 以學生為本，加強能力培養，遵照認識規律，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實用性相結合，培養學生的工程意識。
（3） 引入了MATLAB/Simulink軟件實現控制系統的輔助分析和設計，以培養學生現代化的分析與設計能力，適應21世紀教學現代化的發展要求。
（4） 為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及習題詳解，特別是為滿足考研學生的需要，增加了考研試題。
（5） 為拓寬學生的知識面，滿足學生主動學習的興趣及激發學生的求知欲，我們在電子課件中選入了一些來源于實際控制工程的案例，便于學生理解和消化控制知識。
本書適用于54～64學時課內教學。本書由劉文定和謝克明主編。參加編寫的有：謝克明（前言、第1章、附錄A、B），謝剛（第2、3章），續欣瑩（第4章），劉文定（第5、6、7章），劉洪錦、谷海青（第8章）。全書由劉文定和謝克明統稿。借此衷心感謝本書的責任編輯凌毅女士，同時對在本書編寫過程中給予幫助的各位人員表示誠摯的謝意。
本書提供配套的電子課件，可登錄電子工業出版社的華信教育資源網：www.hxedu.com.cn，注冊后免費下載。由于筆者水平有限，書中錯誤和不妥之處難免，懇請廣大讀者批評指正。
劉文定，北京林業大學教授/碩士生導師，中國機械工業教育協會自動化學科教學委員會委員，一直從事控制理論方面的教學與科研工作。
第1章 緒論
1.1 開環控制和閉環控制
1.1.1 開環控制
1.1.2 閉環控制(反饋控制)
1.2 自動控制系統的組成及術語
1.3 自動控制系統的類型
1.3.1 按信號流向劃分
1.3.2 按系統輸入信號劃分
1.3.3 線性系統和非線性系統
1.3.4 定常系統和時變系統
1.3.5 連續系統和離散系統
1.3.6 單輸入單輸出系統與多輸入多輸出系統
1.4 自動控制系統性能的基本要求
1.5 自動控制課程的主要任務
1.5.1 階躍函數
1.5.2 斜坡函數(等速度函數)
1.5.3 拋物線函數(等加速度函數)
1.5.4 脈沖函數
1.5.5 正弦函數
1.6 自動控制系統實例
1.6.1 造紙機分部傳動控制系統
1.6.2 谷物濕度控制系統
1.6.3 烘烤爐溫度控制系統
本章小結
本章典型題、考研題詳解及習題
第2章 線性系統的數學模型
2.1 線性系統的微分方程
2.2 微分方程的線性化
2.3 傳遞函數
2.3.1 傳遞函數的概念
2.3.2 傳遞函數的特點
2.3.3 典型環節的傳遞函數
2.4 方框圖
2.4.1 方框圖概述
2.4.2 系統方框圖的構成
2.4.3 環節間的連接
2.4.4 方框圖的變換和簡化
2.5 信號流圖
2.5.1 信號流圖的定義
2.5.2 系統的信號流圖
2.5.3 信號流圖的定義和術語
2.5.4 信號流圖的性質及簡化
2.5.5 信號流圖的增益公式
2.6 MATLAB/Simulink中數學模型的表示
2.6.1 傳遞函數
2.6.2 傳遞函數的特征根及零、極點圖
2.6.3 控制系統的方框圖模型
2.6.4 控制系統的零、極點模型
2.6.5 狀態空間表達式
本章小結
本章典型題、考研題詳解及習題
第3章 控制系統的時域分析
3.1 線性定常系統的時域響應
3.2 控制系統時域響應的性能指標
3.2.1 穩態性能指標
3.2.2 動態性能指標
3.3 線性定常系統的穩定性
3.3.1 穩定性的概念
3.3.2 線性定常系統穩定的充分必要條件
3.3.3 勞斯判據(Routh判據)
3.3.4 赫爾維茨判據(Hurwitz判據)
3.3.5 系統參數對穩定性的影響
3.3.6 相對穩定性和穩定裕量
3.4 系統的穩態誤差
3.4.1 誤差及穩態誤差的定義
3.4.2 穩態誤差分析
3.4.3 穩態誤差的計算
3.4.4 應用靜態誤差系數計算給定信號作用下的穩態誤差
3.4.5 擾動信號作用下的穩態誤差與系統結構的關系
3.4.6 改善系統穩態精度的途徑
3.4.7 系統的動態誤差系數
3.5 一階系統的時域響應
3.5.1 數學模型
3.5.2 單位階躍響應
3.5.3 性能指標
3.5.4 一階系統的單位脈沖響應
3.6 二階系統的時域響應
3.6.1 二階系統的數學模型
3.6.2 二階系統的單位階躍響應
3.6.3 二階系統的單位脈沖響應
3.7 高階系統的瞬態響應
3.7.1 高階系統的瞬態響應
3.7.2 高階系統的降階
3.7.3 零、極點對階躍響應的影響
3.8 用MATLAB/Simulink進行瞬態響應分析
3.8.1 單位脈沖響應
3.8.2 單位階躍響應
3.8.3 斜坡響應
3.8.4 任意函數作用下系統的響應
3.8.5 由系統傳遞函數求系統的響應
3.8.6 系統階躍響應的性能指標
3.8.7 Simulink建模與仿真
本章小結
本章典型題、考研題詳解及習題
第4章 根軌跡法
4.1 根軌跡的基本概念
4.1.1 根軌跡
4.1.2 根軌跡的基本條件
4.2 繪制根軌跡的基本規則
4.3 根軌跡繪制舉例
4.4 廣義根軌跡
4.4.1 參數根軌跡
4.4.2 多參數根軌跡簇
4.4.3 正反饋系統的根軌跡(零度根軌跡)
4.5 根軌跡分析系統的性能
4.5.1 根軌跡確定系統的閉環極點
4.5.2 根軌跡分析系統的動態特性
4.5.3 開環零點對根軌跡的影響
4.5.4 開環極點對根軌跡的影響
4.6 MATLAB繪制系統的根軌跡
本章小結
本章典型題、考研題詳解及習題
第5章 控制系統的頻域分析
5.1 頻率特性
5.1.1 頻率特性概述
5.1.2 頻率特性的求取
5.1.3 頻域性能指標
5.2 典型環節的頻率特性
5.2.1 概述
5.2.2 典型環節的頻率特性
5.3 系統的開環頻率特性
5.3.1 系統的開環對數頻率特性
5.3.2 系統開環極坐標圖(奈氏圖)
5.3.3 最小相位和非最小相位系統
5.4 奈奎斯特穩定判據
5.4.1 映射定理
5.4.2 Nyquist軌跡及其映射
5.4.3 Nyquist穩定判據一
5.4.4 Nyquist穩定判據二
5.4.5 Nyquist對數穩定判據
5.5 控制系統的相對穩定性
5.5.1 增益裕量
5.5.2 相角裕量
5.5.3 用幅相頻率特性曲線分析系統穩定性
5.6 閉環系統的頻率特性
5.6.1 等M圓(等幅值軌跡)
5.6.2 等N圓(等相角軌跡)
5.6.3 利用等M圓和等N圓求單位反饋系統的閉環頻率特性
5.6.4 非單位反饋系統的閉環頻率特性
5.7 用頻率特性分析系統品質
5.7.1 閉環頻域性能指標與時域性能指標的關系
5.7.2 開環頻率特性與時域響應的關系
5.8 MATLAB頻域特性分析
5.8.1 Bode圖
5.8.2 Nyquist圖
5.8.3 Nichols圖
本章小結
本章典型題、考研題詳解及習題
第6章 控制系統的設計與校正
6.1 概述
6.1.1 系統的性能指標
6.1.2 系統的校正
6.2 線性系統的基本控制規律
6.2.1 比例(P)控制作用
6.2.2 比例微分(PD)控制作用
6.2.3 積分(I)控制作用
6.2.4 比例積分微分(PID)控制作用
6.3 校正裝置及其特性
6.3.1 無源超前校正裝置
6.3.2 無源滯后校正裝置
6.3.3 無源滯后超前校正裝置
6.4 頻率法進行串聯校正
6.4.1 頻率法的串聯超前校正
6.4.2 頻率法的串聯滯后校正
6.4.3 頻率法的串聯滯后超前校正
6.4.4 按期望特性對系統進行串聯校正
6.5 反饋校正
6.5.1 比例負反饋校正
6.5.2 微分負反饋校正
6.5.3 反饋校正的設計
6.6 復合校正
6.6.1 反饋控制與前饋校正的復合控制
6.6.2 反饋控制與擾動補償校正的復合控制
6.7 基于MATLAB和Simulink的線性控制系統設計
6.7.1 相位超前校正
6.7.2 相位滯后校正
6.7.3 Simulink下的系統設計和校正
本章小結
本章典型題、考研題詳解及習題
第7章 非線性系統分析
7.1 非線性系統概述
7.1.1 非線性系統的特點
7.1.2 非線性系統的分析和設計方法
7.2 典型非線性特性
7.3 相平面分析法
7.3.1 相平面的基本概念
7.3.2 線性系統的相軌跡
7.3.3 二階非線性系統的線性化
7.3.4 相軌跡圖的繪制
7.3.5 由相軌跡圖求時間
7.3.6 非線性系統的相平面分析
7.4 描述函數法
7.4.1 描述函數的定義
7.4.2 典型非線性環節的描述函數
7.4.3 非線性系統的簡化
7.4.4 描述函數分析法
7.5 基于Simulink的非線性系統分析
7.5.1 非線性系統的特點
7.5.2 非線性系統的響應
7.5.3 非線性系統的相軌跡
本章小結
本章典型題、考研題詳解及習題
第8章 采樣控制系統
8.1 概述
8.2 采樣過程與采樣定理
8.3 采樣信號保持器
8.3.1 零階保持器
8.3.2 一階保持器
8.4 Z變換
8.4.1 Z變換定義
8.4.2 Z變換方法
8.4.3 Z變換性質
8.4.4 Z反變換
8.5 采樣系統的數學模型
8.5.1 線性定常差分方程
8.5.2 差分方程求解
8.5.3 脈沖傳遞函數(Z傳遞函數)
8.6 采樣系統的穩定性分析
8.6.1 采樣系統的穩定條件
8.6.2 勞斯穩定判據
8.6.3 朱利穩定判據
8.6.4 采樣周期與開環增益對穩定性的影響
8.7 采樣系統的穩態誤差
8.7.1 單位階躍輸入時的穩態誤差
8.7.2 單位斜坡輸入時的穩態誤差
8.7.3 單位加速度輸入時的穩態誤差
8.8 采樣系統的暫態響應與脈沖傳遞函數零、極點分布的關系
8.9 采樣系統的校正
8.9.1 數字控制器的脈沖傳遞函數
8.9.2 最少拍系統的脈沖傳遞函數
8.9.3 求取數字控制器的脈沖傳遞函數
8.9.4 關于閉環脈沖傳遞函數(z)或e(z)的討論
8.10 MATLAB在采樣系統中的應用
8.10.1 連續系統的離散化
8.10.2 求采樣系統的響應
8.10.3 采樣系統的最少拍設計
本章小結
本章典型題、考研題詳解及習題
附錄A 常用函數的拉普拉斯變換表
附錄B 常用函數的Z變換表
參考文獻
新書資訊