控制系統原理及相近課程是高等學校工科學生的核心課程之一。本書一直是該類課程暢銷全球的教材范本，至今已經出版至第十二版。主要內容包括控制系統導論、系統數學模型、狀態空間模型、反饋控制系統的特性、反饋控制系統的性能、線性反饋系統的穩定性、根軌跡法、頻率響應方法、頻域穩定性、反饋控制系統設計、狀態變量反饋系統設計、魯棒控制系統和數字控制系統等。本書的例子和習題大多取材于現代科技領域中的實際問題，新穎而恰當。學習和解決這些問題，可以使學生的創造性精神得到潛移默化的提升。
控制系統經典教材，實例豐富，內容與時俱進。
作 者 簡 介
Richard C. Dorf是美國加利福尼亞大學戴維斯分校的電氣與計算機工程教授。作為在電子工程專業及其應用領域內的知名學者，Dorf教授已經成功撰寫和編著出版了多本工程類 作 者 簡 介
Richard C. Dorf是美國加利福尼亞大學戴維斯分校的電氣與計算機工程教授。作為在電子工程專業及其應用領域內的知名學者，Dorf教授已經成功撰寫和編著出版了多本工程類教科書和手冊，其中，Engineering Handbook，Second Edition和Electrical Engineering Handbook, Third Edition兩書暢銷不衰。同時，Dorf教授還是Technology Ventures一書的合著者之一，這是技術創業領域中最具指導意義的書籍之一。Dorf教授是電氣和電子工程師學會（IEEE）會士和美國工程教育者學會（ASEE）會士，一直活躍在控制系統設計和機器人等研究領域。Dorf教授還是PIDA控制器的專利持有者。Robert H. Bishop是美國馬凱特大學工學院院長。在受聘馬凱特大學之前，他在得克薩斯大學奧斯汀分校航天工程與機械工程系任教20年，是該校的杰出教授，擁有Joe J. King教授講席。Bishop教授的工程職業生涯起始于麻省理工學院著名的Charles Stark Draper實驗室。Bishop教授著有講授圖示化編程的暢銷教材Learning with LabVIEW（由電子工業出版社翻譯出版），并且還是Mechatronics Handbook的合著者。作為一名才華橫溢的教育家，Bishop教授獲得了多項教學獎勵和榮譽，包括難得的洛克希德馬丁戰術航空系統公司的優秀工程教學獎，美國工程教育者學會（ASEE）和美國航空航天學會（AIAA）聯合頒發的John Leland Atwood獎。John Leland Atwood獎定期授予“長期工作在航天工程教育一線并做出突出貢獻的杰出人才”。Bishop教授是美國航空航天學會（AIAA）會士和美國航天學會（AAS）會士，并長期活躍在ASEE和IEEE等學會。
謝紅衛。男，湖北洪湖人，1965年生。博士，國防科技大學教授，博士生導師。主要學術方向為自動控制理論、實驗鑒定與評估技術、生物信息學。學校“自動控制原理”系列課程的負責人，負責建設的“自動控制原理”課程獲評湖南省精品課程。獲得軍隊院校“育才獎”銀獎1項，省教學成果二等獎1項，編寫、翻譯出版教材和專著6部。承擔完成科研項目30余項。發表論文100余篇，其中40余篇被SCI收錄。獲得國防科學技術獎二等獎1項，中國電子學會電子信息科學技術獎一等獎1項。
孫志強。男，山東即墨人，1978年生。博士，國防科技大學講師。主要學術方向為系統安全性建模與分析、試驗數據處理與分析。學校“自動控制原理”課程的主講教師之一，參與了“自動控制原理”精品課程和MOOC課程的建設工作。承擔自然科學基金項目1項，教育部博士點基金項目1項，裝備橫向合作項目4項；參與裝備預先研究項目和預先研究基金項目多項。發表論文20余篇，出版教材3部。發揮了重大作用。承擔教學改革項目2項，出版教學論文10余篇。目前，承擔裝備預先研究基金項目1項，裝備橫向合作項目3項，參與多項裝備預先研究項目和自然科學基金項目。發表論文20余篇，出版教材3部。
宮二玲。女，河南鄭州人。博士，國防科技大學副教授。主要學術方向為系統安全性建模與分析、試驗數據處理與分析。是學校“自動控制原理”課程的骨干主講教師，參與了“自動控制原理”精品課程和MOOC課程的建設工作，發揮了重大作用。承擔教學改革項目2項，發表教學論文10余篇。目前，承擔裝備預先研究基金項目1項，裝備橫向合作項目3項，參與多項裝備預先研究項目和自然科學基金項目。發表論文20余篇，出版教材3部。
張紀陽。男，河南泌陽人，1979年生。博士，國防科技大學副教授。主要學術方向為控制原理與工程、生物信息學。目前主要從事無人機飛行控制系統設計與實現、蛋白質組質譜數據分析方面的教學科研工作。承擔自然科學基金項目1項，發表科研論文20余篇，參與編寫教材2部。
譯 者 序
源于應Robert H. Bishop教授邀請前往訪問交流，2001年，我與同事們在高等教育出版社翻譯出版了Richard C. Dorf和Robert H. Bishop所著的國際經典教材Modern Control Systems的第八版，后來又應電子工業出版社編輯馬嵐女士來電約稿，于2011年再次翻譯出版了該教材的第十一版。
Modern Control Systems持續改進的成果參見原書前言。在此，我只就英文版第十二版的翻譯過程做一些說明。在我們所譯的每個版本中，譯者序里都會寫到： “譯稿的欠妥之處在所難免，恭候專家和廣大讀者批評指正”。此話絕非虛言。這次的譯稿又發現了以前兩版譯稿中的不少錯誤，擇要說明如下： 第1章對術語做了較多的修訂； 從第2章開始，全書規范改正了關于“質點”、“質量塊”和“質量”的說法不一致的問題，改正了梅森公式部分的幾處錯誤； 從第4章開始，照顧國內的習慣，全書將loop gain規范翻譯成“開環傳遞函數”，而不再將“開環”和“環路”混用； 特別是第9章和第10章，改正了幾處致命的翻譯錯誤。至于全書新增內容的翻譯，原有文字表述方面的改進，就不勝枚舉了。
謝紅衛翻譯了本書的前言、第1章至第3章及其他附表等，張紀陽翻譯了第4章至第6章，宮二玲翻譯了第7章和第8章，孫志強翻譯了第9章至第13章以及附錄。謝紅衛負責全書的修改和統稿。
我們在翻譯過程中秉承精益求精的原則，追求“信、達、雅”的目標，力圖譯得嚴謹流暢，為國內同行獻上一本精品譯著。但我們還是要說： 譯稿的欠妥之處在所難免，恭候專家和廣大讀者進一步批評指正。
謝紅衛
于國防科技大學
2014年6月
前 言
本書內容
諸如氣候變化、清潔水資源、廢物管理、能源使用和可持續發展等全球性議題，促使許多工程師重新審視反省已有的工程設計方法和策略。工程設計策略改進演化的結果之一就是所謂的綠色工程。綠色工程的目的是使設計出的產品能夠減少污染，降低對人類健康的風險，以及改善環境。采用綠色工程的設計原則，進一步突顯了反饋控制系統的技術支撐作用。
為了減少溫室氣體排放和盡量降低污染，就需要從質和量兩個方面改進環境監控系統。一個這樣的例子是機器人控制的移動監測平臺，它采用無線方式監測雨林的環境參數。另一個例子是通過測量超前和滯后功率因子、電壓波動和諧波波形等參數，監測供電質量。許多綠色工程系統或部件都需要對電壓和電流進行細致的監測。又例如，在相互連接的供電網絡中，常常要用變流器來測量和調控電流。傳感器是反饋控制系統中的重要部件，依據它測量提供的系統狀態的信息，控制系統才能執行恰當的動作。
由于人類面臨的全球性問題需要工程設備具有日益增長的自動化程度和精確度，自動控制系統在綠色工程中的應用將越來越廣泛。本書選取了綠色工程中的一些主要應用實例，包括風力渦輪機控制和光伏發電機建模等。后者的目的是，使光伏發電機在陽光隨時間變化的情況下，也能通過反饋控制實現最大功率的發電。
風力和太陽能是世界上重要的可再生能源。風能向電能的轉化是通過連接到發電機的風力渦輪機實現的。風力的間歇性特性促進了智能電網的發展，風力發電有效工作時，智能電網要供風電上網； 風力發電無風或不能穩定工作時，智能電網要用其他來源來供電上網。智能電網就是在發電裝置出現間歇或大的擾動時，仍然能夠將電能可靠而高效地輸送到家庭、企業、學校和其他用戶的軟硬件集成體。風力強度和方向的不規則特性也導致了有必要對風力渦輪機自身加以控制，以便產生可靠平穩的電能，這些控制系統或控制器件的直接目的就是減小風力間歇特性和風向改變對風力發電的影響。能量儲備系統也是綠色工程的關鍵技術，我們要尋找更多類似燃料電池的可重用的能量儲備系統。在高效的可重用能量儲備系統中，主動控制也是一項關鍵的技術。
控制工程是一個充滿新奇和挑戰的領域，從本質上講，它是一個跨學科的綜合性領域，控制工程或控制原理課程則是工科專業的核心課程。我們可以采用不同的途徑來學習和掌握控制工程的基礎知識和技能。一方面，由于控制工程奠定在堅實的數學基礎之上，我們可以將定理及其證明作為重點，從嚴格的理論的角度來學習控制工程的理論和方法； 另一方面，由于控制工程的終極目標是實現對實際系統的控制，因此，我們也可以在設計反饋控制系統的實踐中，主要憑直覺和實踐經驗進行學習，不過這只是權宜之計。本節所采取的途徑是，在介紹基本的數學工具和方法論的基礎上，著重介紹物理系統的建模，以及滿足實用性能指標要求的實際控制系統的設計。
作者堅信，對于我們每個人來說，最重要和最有成效的學習方法是對前人已經得到的答案和方法進行重新發現和創新。因此，理想的教學方法是向學生提出一系列問題，并給出部分過去已有的結果。傳統方法不重視向學生提出問題而是直接給出完整的答案，剝奪了學生感受刺激和興奮的機會，因而與創造沖動無緣，同時也將人類獲得科技進步的探索變成了一堆干巴巴的定理。教學的最高境界則是向學生提供一些我們當前面臨的、重要但尚無答案的問題，由學生自己去尋找答案。這樣一來，他們可以自豪地宣稱，他們所學到的知識都是自己所發現的。
本書的目的在于，通過正文和習題，向學生介紹基本的反饋控制理論，提供一系列發現問題和解決問題的機會，幫助學生體驗重新發展反饋控制系統理論及其應用實踐。如果能夠對此目的有所裨益，那就意味著本書取得了成功。
第十二版的更新
本書的最新版本進行了下列主要更新。
● 第1章增加了一節關于綠色工程的內容。解決人類面臨的這一類全球性問題，需要自動化程度和精確度日益增長的工程設備，因此，自動控制系統在綠色工程中的應用將越來越廣泛。
● 為了說明控制系統設計對綠色工程應用的支撐作用，在主要章節都新增加了有關的設計題，如智能電網、環境監控、風力發電和太陽能發電等。
● 每章都新增了一個名為“技能自測”的小節，以便于學生自行檢查對基本原理、知識和技能的掌握情況。每
Richard C. Dorf是美國加利福尼亞大學戴維斯分校的電氣與計算機工程教授。作為在電子工程專業及其應用領域內的知名學者， Dorf教授已經成功撰寫和編著出版了多本工程類教科書和手冊， 其中Engineering Handbook， Second Edition和Electrical Engineering Handbook, Third Edition兩書暢銷不衰。同時， Dorf教授還是Technology Ventures一書的合著者之一， 這是技術創業領域中最具指導意義的書籍之一。Dorf教授是IEEE會士和ASEE會士， 一直活躍在控制系統設計和機器人等研究領域。Dorf教授還是PIDA控制器的專利持有者。Robert H. Bishop是美國馬凱特大學工學院院長。在受聘馬凱特大學之前，他在得克薩斯大學奧斯汀分校航天工程與機械工程系任教20年， 他是該校的杰出教授，擁有Joe J. King教授講席。Bishop教授的工程職業生涯起始于麻省理工學院著名的Charles Stark Draper 實驗室。他編著出版了講授圖示化編程的暢銷教材：Learning with LabVIEW，他還是Mechatronics Handbook 的合著者。作為一名才華橫溢的教育家， Bishop教授獲得了多項教學獎勵和榮譽，包括難得的洛克希德馬丁戰術航空系統公司的優秀工程教學獎，ASEE和AIAA聯合頒發的John Leland Atwood獎。John Leland Atwood獎定期授予“長期工作在航天工程教育一線并做出突出貢獻的杰出人才”。Bishop教授是AIAA會士和AAS會士。
第1章 控制系統導論
1.1 引言
1.2 自動控制簡史
1.3 控制系統實例
1.4 工程設計
1.5 控制系統設計
1.6 機電一體化系統
1.7 綠色工程
1.8 控制系統前瞻
1.9 設計實例
1.10 循序漸進設計實例： 磁盤驅動器讀取系統
1.11 小結
技能自測
基礎練習題
一般習題 第1章 控制系統導論
1.1 引言
1.2 自動控制簡史
1.3 控制系統實例
1.4 工程設計
1.5 控制系統設計
1.6 機電一體化系統
1.7 綠色工程
1.8 控制系統前瞻
1.9 設計實例
1.10 循序漸進設計實例： 磁盤驅動器讀取系統
1.11 小結
技能自測
基礎練習題
一般習題
難題
設計題
術語和概念
第2章 系統數學模型
2.1 引言
2.2 物理系統的微分方程(組)
2.3 物理系統的線性近似
2.4 拉普拉斯變換
2.5 線性系統的傳遞函數
2.6 框圖模型
2.7 信號流圖模型
2.8 設計實例
2.9 利用控制系統設計軟件進行系統仿真
2.10 循序漸進設計實例： 磁盤驅動器讀取系統
2.11 小結
技能自測
基礎練習題
一般習題
難題
設計題
計算機輔助設計題
術語和概念
第3章 狀態空間模型
3.1 引言
3.2 動態系統的狀態變量
3.3 狀態微分方程（組）
3.4 信號流圖模型和框圖模型
3.5 其他形式的信號流圖和框圖模型
3.6 由狀態方程求解傳遞函數
3.7 狀態轉移矩陣和系統時間響應
3.8 設計實例
3.9 利用控制系統設計軟件分析狀態空間模型
3.10 循序漸進設計實例： 磁盤驅動器讀取系統
3.11 小結
技能自測
基礎練習題
一般習題
難題
設計題
計算機輔助設計題
術語和概念
第4章 反饋控制系統的特性
4.1 引言
4.2 偏差信號分析
4.3 控制系統對參數變化的靈敏度
4.4 反饋控制系統的干擾信號
4.5 系統瞬態響應的調控
4.6 穩態誤差
4.7 反饋的代價
4.8 設計實例
4.9 利用控制系統設計軟件分析控制系統特性
4.10 循序漸進設計實例： 磁盤驅動器讀取系統
4.11 小結
技能自測
基礎練習題
一般習題
難題
設計題
計算機輔助設計題
術語和概念
第5章 反饋控制系統的性能
5.1 引言
5.2 測試輸入信號
5.3 二階系統的性能
5.4 零點和第三個極點對二階系統響應的影響
5.5 s平面上特征根的位置與系統的瞬態響應
5.6 反饋控制系統的穩態誤差
5.7 綜合性能指標
5.8 線性系統的簡化
5.9 設計實例
5.10 利用控制系統設計軟件分析系統性能
5.11 循序漸進設計實例： 磁盤驅動器讀取系統
5.12 小結
技能自測
基礎練習題
一般習題
難題
設計題
計算機輔助設計題
術語和概念
第6章 線性反饋系統的穩定性
6.1 穩定性的概念
6.2 勞斯赫爾維茨穩定性判據
6.3 反饋控制系統的相對穩定性
6.4 狀態變量系統的穩定性
6.5 設計實例
6.6 利用控制系統設計軟件分析系統的穩定性
6.7 循序漸進設計實例: 磁盤驅動器讀取系統
6.8 小結
技能自測
基礎練習題
一般習題
難題
設計題
計算機輔助設計題
術語和概念
第7章 根軌跡法
7.1 引言
7.2 根軌跡的概念
7.3 繪制根軌跡
7.4 應用根軌跡法進行參數設計
7.5 靈敏度與根軌跡
7.6 PID控制器
7.7 負增益控制
7.8 設計實例
7.9 利用控制系統設計軟件分析根軌跡
7.10 循序漸進設計實例： 磁盤驅動器讀取系統
7.11 小結
技能自測
基礎練習題
一般習題
難題
設計題
計算機輔助設計題
術語和概念
第8章 頻率響應法
8.1 引言
8.2 頻率響應圖
8.3 頻率響應測量
8.4 頻域性能指標
8.5 對數幅相圖
8.6 設計實例
8.7 利用控制系統設計軟件的頻率響應方法
8.8 循序漸進設計實例： 磁盤驅動器讀取系統
8.9 小結
技能自測
基礎練習題
一般習題
難題
設計題
計算機輔助設計題
術語和概念
第9章 頻域穩定性
9.1 引言
9.2 s平面上的圍線映射
9.3 奈奎斯特穩性定性判據
9.4 相對穩定性與奈奎斯特穩定性判據
9.5 利用頻域方法確定系統的時域性能指標
9.6 系統帶寬
9.7 時延系統的穩定性
9.8 設計實例
9.9 頻域中的PID控制器
9.10 利用控制系統設計軟件分析頻域穩定性
9.11 循序漸進設計實例： 磁盤驅動器讀取系統
9.12 小結
技能自測
基礎練習題
一般習題
難題
設計題
計算機輔助設計題
術語和概念
第10章 反饋控制系統設計
10.1 引言
10.2 系統設計方法
10.3 串聯校正網絡
10.4 用伯德圖法設計超前校正網絡
10.5 用根軌跡法設計超前校正網絡
10.6 利用積分型校正網絡設計反饋控制系統
10.7 用根軌跡法設計滯后校正網絡
10.8 用伯德圖法設計滯后校正網絡
10.9 在伯德圖上用解析法進行系統設計
10.10 帶前置濾波器的反饋控制系統
10.11 設計具有最小節拍響應的系統
10.12 設計實例
10.13 利用控制系統設計軟件設計控制系統
10.14 循序漸進設計實例： 磁盤驅動器讀取系統
10.15 小結
技能自測
基礎練習題
一般習題
難題
設計題
計算機輔助設計題
術語和概念
第11章 狀態變量反饋系統設計
11.1 引言
11.2 能控性和能觀性
11.3 全狀態反饋控制設計
11.4 觀測器設計
11.5 觀測器和全狀態反饋控制的集成
11.6 參考輸入信號
11.7 最優控制系統
11.8 內模設計
11.9 設計實例
11.10 利用控制系統設計軟件設計狀態變量反饋
11.11 循序漸進設計實例： 磁盤驅動器讀取系統
11.12 小結
技能自測
基礎練習題
一般習題
難題
設計題
計算機輔助設計題
術語和概念
第12章 魯棒控制系統
12.1 引言
12.2 魯棒控制系統和系統靈敏度
12.3 魯棒性分析
12.4 含有不確定參數的系統
12.5 魯棒控制系統設計
12.6 魯棒PID控制器設計
12.7 魯棒內模控制系統
12.8 設計實例
12.9 偽定量反饋系統
12.10 利用控制系統設計軟件設計魯棒控制系統
12.11 循序漸進設計實例： 磁盤驅動器讀取系統
12.12 小結
技能自測
基礎練習題
一般習題
難題
設計題
計算機輔助設計題
術語和概念
第13章 數字控制系統
13.1 引言
13.2 數字控制系統應用概貌
13.3 采樣系統
13.4 z變換
13.5 閉環反饋采樣控制系統
13.6 二階采樣控制系統的性能
13.7 帶有數字校正器的閉環系統
13.8 數字控制系統的根軌跡
13.9 控制器的數字實現
13.10 設計實例
13.11 利用控制系統設計軟件設計數字控制系統
13.12 循序漸進設計實例： 磁盤驅動器讀取系統
13.13 小結
技能自測
基礎練習題
一般習題
難題
設計題
計算機輔助設計題
術語和概念
附錄A MATLAB基礎知識
參考文獻
新書資訊