本書依據高等院校本科自動控制理論課程的教學要求，從注重理論基礎與基本概念，拓寬專業面的目的出發，結合自動化專業及其他相近專業的知識結構和教學特點，比較全面地闡述了經典控制理論的基本內容。全書共分八章，包括經典控制理論的線性定常系統理論（自動控制理論的基本概念與數學模型，時域分析法，根軌跡法和頻率響應法等），非線性控制理論基礎和采樣控制系統理論等。教材編寫力求從自動控制的基本原理和概念出發，突出重點，淡化繁冗的理論推導，注重理論與實際的結合。為了便于讀者自學和更好的掌握本課程的基本理論和學習方法，鍛煉和培養分析、綜合以及解決實際問題的能力，各章均備有例題和習題。在主要章節中安排了基于MATLAB軟件的系統分析和設計實例，以適應計算機輔助教學的要求。每章末給出小結，供讀者學習、歸納之用。
前言
自動控制理論作為一門科學，自它誕生之日起就顯示出了強大的生命力。在人類社會進步和生產技術發展的各個階段，自動控制理論都發揮著重要的作用。同時，科學技術日新月異的發展，為自動控制理論的廣泛應用提供了更加完備和有效的技術手段，使自動控制理論不斷展現出新的活力和生機。在國家實施以信息化帶動工業化，走新型工業化道路的戰略,實現制造業數字化、網絡化、智能化的過程中，以自動控制理論為理論指導的自動化技術無疑將起著重要的橋梁和紐帶作用。
本書介紹的經典控制理論是整個自動控制理論的基礎，也是進一步學習和研究其他控制理論的“先行課程”。本書共分八章，第一章深入淺出地介紹了自動控制理論的發展簡史和自動控制系統的一般概念。第二章介紹了自動控制系統的一般表示方法和數學模型。第三章至第五章分別詳細介紹了經典控制理論中的三種常用的分析方法即時域分析法、根軌跡法和頻率法，并對各種分析方法的基本概念、基本原理及其應用都做了較為全面的闡述。第六章介紹了控制系統的校正。第七章論述了非線性控制系統理論基礎，分別主要介紹了描述函數分析法和相平面分析法。第八章介紹了采樣控制系統的基本理論和分析、設計方法。完成本書的教學內容應安排60～80課內學時，教師可根據不同情況在教學過程中對其講授的內容進行調整。
編者從事自動控制理論課程的教學工作多年，在不斷總結心得經驗、充實內容、提高水平的基礎上，于2006年編寫出版了本書并已印刷多次。為了適應我國高等教育改革發展的要求和社會、經濟發展對人才的不同需求，我們從擴大讀者知識面，適時更新教學內容，拓寬專業口徑和注重培養學生解決復雜工程問題能力的目標出發，在保持特色的基礎上對原書進行了修訂。新版教材中強調對基本概念的建立與理解，注重理論與實際結合，盡量簡化繁冗的理論推導，在內容組織和編排上適當增加了來自于工程實際的案例和例題，力求做到深入淺出，融會貫通，幫助讀者能夠更好掌握本書的主要內容和相關課程的知識點，培養科學思維方法和創新能力，具備在實際中分析問題和解決問題的能力。在主要章節均安排了基于MATLAB軟件的系統分析和設計實現方面的內容，便于讀者自學，書中附有一定數量的典型例題解析和習題，并有小結。
本書由劉丁教授主編，辛菁、季瑞瑞、李敏遠、任海鵬等參與編寫了部分章節，吳亞麗、謝國為本書選編了部分習題、MATLAB系統分析和設計實例，并繪制了書中的插圖。
本書由西安交通大學萬百五教授擔任主審。審者對本書提出了許多寶貴的修改意見，編者在此表示誠摯的感謝。
由于編者水平有限，書中難免存在錯誤和不妥之處，懇請廣大讀者批評指正，以便進一步修訂和完善。
編者
序
前言
第一章自動控制理論的一般概念1
第一節自動控制發展簡史與主要任務1
第二節自動控制的基本方式3
第三節典型控制系統舉例7
第四節對于自動控制系統的要求12
小結13
習題14
第二章控制系統的數學模型16
第一節建立數學模型的一般方法16
第二節非線性微分方程的線性化22
第三節用拉普拉斯變換求解線性
微分方程24
第四節傳遞函數29
第五節典型環節的傳遞函數31
第六節動態結構圖及等效變換35
第七節信號流圖及梅遜公式42
第八節控制系統的傳遞函數46
第九節線性系統的狀態空間描述49
第十節網絡化控制系統的延遲
與建模54
第十一節基于MATLAB的拉普拉斯變換
及系統模型轉換實現56
小結60
典型例題解析60
習題63
第三章時域分析法69
第一節典型輸入信號與時域性能
指標69
第二節一階系統分析72
第三節二階系統分析76
第四節高階系統分析87
第五節穩定性與勞斯判據89
第六節穩態誤差分析97
第七節基于MATLAB的控制系統
時域分析107
小結111
典型例題解析111
習題116
第四章根軌跡法121
第一節根軌跡與根軌跡方程121
第二節繪制根軌跡的基本法則123
第三節系統閉環零、極點分布與
階躍響應的關系136
第四節系統階躍響應的
根軌跡分析140
第五節開環極點和零點的變化對系統性能
的影響146
第六節特殊根軌跡150
第七節基于MATLAB的控制系統
根軌跡分析159
小結166
典型例題解析167
習題170
第五章頻率法174
第一節頻率特性的概念174
第二節典型環節的頻率特性179
第三節開環系統對數頻率
特性圖的繪制189
第四節控制系統的頻域穩定判據194
第五節穩定裕量204
第六節開環頻率特性與閉環
系統性能的關系208
第七節閉環頻率特性212
第八節傳遞函數的實驗確定法219
第九節基于MATLAB的控制
系統頻域分析222
小結231
典型例題解析232
習題237
第六章控制系統的校正242
第一節引言242
第二節基于頻率法的串聯校正243
第三節基于根軌跡法的串聯校正259
第四節PID校正267
第五節反饋校正274
第六節復合校正283
第七節基于MATLAB的控制系統
校正285
小結295
典型例題解析295
習題297
第七章非線性系統的分析300
第一節非線性特性對系統的影響300
第二節描述函數的基本概念306
第三節典型非線性環節的描述函數307
第四節用描述函數法研究非線性
系統311
第五節相平面的基本概念317
第六節線性控制系統的相平面分析320
第七節非線性系統的相平面分析327
第八節利用Simulink求解非線性
系統的時域響應332
小結333
典型例題解析334
習題337
第八章采樣控制系統的分析
與設計342
第一節采樣過程和采樣定理343
第二節信號復現與信號保持器347
第三節z變換和z反變換350
第四節脈沖傳遞函數361
第五節采樣系統的分析371
第六節最少拍采樣系統的校正382
第七節基于MATLAB的采樣控制
系統分析386
小結390
典型例題解析391
習題393
習題參考答案397
參考文獻414
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