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| 內容簡介： |
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《自动控制原理（第2版）》主要内容包括控制系统的数学模型，线性系统的时域分析法、根轨迹法、频域分析法、综合与校正，非线性系统的分析，线性离散系统的分析。本书着重于基本概念、基本理论和基本分析方法，并附加学习资源，扫描书中的二维码可随时完成基本测试题练习并查看参考答案。本书在国家智慧教育公共服务平台有配套在线课程，可供读者学习。《自动控制原理（第2版）》可以作为高等院校自动化、电气工程及其自动化、测控技术与仪器、电子信息工程、通信工程、生物医学工程、机械设计制造及其自动化、能源与动力工程、机械电子工程等专业的本科生教材，亦可供相关专业的研究生和自动化专业工程技术人员参考。
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| 關於作者： |
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田思庆，佳木斯大学信息电子技术学院电气工程系，教研室主任、教授，从事教学工作20余年，主讲自动控制原理和过程控制等课程，主讲的自动控制原理连续两届获得佳木斯大学精品课殊荣，发表自动控制原理教学文章5篇，编写教材3部；主持研制的自动控制原理教学仿真实验系统获2011年黑龙江省课件评比二等奖、全国教学课件评比三等奖；研究的两项教学成果分别获得2009年和2011年黑龙江省高等教育教学成果二等奖两项；连续几年获得佳木斯大学“十佳”教学优质奖、“十大”教学标兵和优秀教师等称号；几年来培养的100余名本科生考取国家重点大学研究生和博士生。
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| 目錄：
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第1章自动控制系统概述1
1.1自动控制系统的定义和表示方法1
1.1.1人工控制和自动控制2
1.1.2自动控制系统的表示方法3
1.2开环控制和闭环控制4
1.2.1开环控制4
1.2.2闭环控制5
1.2.3开环控制和闭环控制的比较6
1.2.4复合控制6
1.3控制系统的组成7
1.4对自动控制系统的基本要求8
1.5自动控制系统的分类10
1.5.1线性系统和非线性系统10
1.5.2定常系统和时变系统11
1.5.3连续系统和离散系统12
1.5.4恒值控制系统、随动控制系统和程序控制系统12
1.5.5单变量系统和多变量系统13
1.6自动控制理论发展简史13
1.7自动控制系统实例16
1.8本课程的特点与学习方法18
小结19
控制与电气学科世界著名学者——瓦特19
思维导图20
思考题20
习题21
第2章控制系统的数学模型24
2.1控制系统数学模型概述24
2.1.1数学模型的定义24
2.1.2数学模型的简化性与分析准确性25
2.1.3数学模型的分类25
2.1.4控制系统的建模方法26
2.2控制系统的时域数学模型26
2.2.1控制系统微分方程的建立26
2.2.2非线性微分方程的线性化30
2.3数学基础——拉普拉斯变换33
2.3.1拉普拉斯变换的定义33
2.3.2典型函数的拉氏变换33
2.3.3拉氏变换的基本性质37
2.3.4拉氏反变换38
2.3.5应用拉氏变换解线性微分方程40
2.4控制系统的复域数学模型41
2.4.1传递函数41
2.4.2典型环节的传递函数43
2.4.3传递函数的标准形式47
2.4.4电气网络的运算阻抗与传递函数48
2.5控制系统的结构图及其等效变换50
2.5.1系统结构图的组成50
2.5.2系统结构图的绘制50
2.5.3结构图的基本变换53
2.5.4结构图的化简及其传递函数55
2.6信号流图与梅森增益公式60
2.6.1信号流图60
2.6.2梅森增益公式62
2.7控制系统的传递函数65
2.8相似原理68
小结70
控制与电气学科世界著名学者——维纳70
思维导图71
思考题71
习题72
第3章线性控制系统的时域分析法77
3.1典型输入信号及系统性能指标77
3.1.1典型输入信号78
3.1.2系统时域性能指标78
3.2一阶系统的时域分析80
3.2.1一阶系统的数学模型80
3.2.2一阶系统的单位阶跃响应80
3.2.3一阶系统的单位脉冲响应82
3.2.4一阶系统的单位斜坡响应82
3.2.5三种响应之间的关系83
3.3二阶系统的时域分析83
3.3.1二阶系统的数学模型84
3.3.2二阶系统的单位阶跃响应86
3.3.3欠阻尼二阶系统的动态性能指标89
3.3.4二阶系统的单位脉冲响应97
3.3.5二阶系统的单位斜坡响应98
3.3.6非零初始条件下的二阶系统响应100
3.4改善二阶系统动态性能的措施101
3.4.1测速反馈控制101
3.4.2比例-微分控制104
3.5高阶系统的时域分析107
3.5.1高阶系统的单位阶跃响应108
3.5.2闭环主导极点109
3.6线性控制系统的稳定性分析109
3.6.1稳定的概念110
3.6.2线性系统稳定的充要条件110
3.6.3劳斯稳定判据111
3.6.4赫尔维茨稳定判据115
3.7线性控制系统的稳态性能分析117
3.7.1控制系统误差与稳态误差117
3.7.2终值定理法求稳态误差118
3.7.3控制系统型别120
3.7.4静态误差系数法求稳态误差120
3.7.5扰动信号作用下的稳态误差124
3.7.6动态误差系数法求动态误差125
3.8减小或消除稳态误差的方法126
3.8.1增大开环放大倍数126
3.8.2增加串联积分环节127
3.8.3复合控制127
3.9基于Matlab的控制系统时域分析128
小结131
控制与电气学科世界著名学者——麦克斯韦131
思维导图132
思考题132
习题133
第4章线性系统的根轨迹法136
4.1控制系统的根轨迹136
4.1.1闭环零、极点与开环零、极点之间的关系138
4.1.2根轨迹方程139
4.2绘制180°根轨迹的基本规则140
4.3广义根轨迹151
4.3.1参数根轨迹151
4.3.20°根轨迹152
4.4闭环零、极点分布对系统性能的影响155
4.4.1系统闭环零、极点分布与阶跃响应的数学关系式155
4.4.2闭环极点分布与系统动态性能关系156
4.4.3利用主导极点估算系统的性能指标158
4.5添加开环零、极点对根轨迹的影响160
4.5.1添加开环零点对根轨迹的影响160
4.5.2添加开环极点对根轨迹的影响161
4.5.3添加开环偶极子对根轨迹的影响163
4.6基于Matlab的控制系统根轨迹分析164
小结166
控制与电气学科世界著名学者——伊文思166
思维导图167
思考题168
习题168
第5章线性系统的频域分析法170
5.1频率特性的基本概念和表示方法170
5.1.1频率特性的基本概念170
5.1.2频率特性图形表示方法174
5.2对数频率特性图（伯德图）174
5.2.1对数频率特性图174
5.2.2典型环节对数频率特性图175
5.2.3开环对数频率特性图绘制181
5.3最小相位系统与非最小相位系统183
5.4由对数幅频特性曲线确定开环传递函数184
5.5幅相频率特性图（奈奎斯特曲线）185
5.5.1典型环节的幅相图185
5.5.2开环系统幅相图的绘制188
5.6奈奎斯特稳定判据191
5.6.1奈奎斯特稳定判据的数学基础192
5.6.2典型的奈奎斯特稳定判据196
5.6.3基于对数频率特性的奈奎斯特稳定判据201
5.7控制系统的相对稳定性202
5.7.1稳定裕度202
5.7.2稳定裕度计算204
5.8利用开环对数幅频特性分析系统性能205
5.8.1开环幅频特性“三频段”与系统性能的关系206
5.8.2二阶系统开环频域指标与时域指标的关系209
5.9利用闭环频率特性分析系统性能211
5.9.1闭环频率特性的频域指标211
5.9.2二阶系统闭环频域指标与时域指标的关系212
5.9.3高阶系统频域指标和时域指标的关系213
5.10基于Matlab的控制系统频域分析214
小结216
电子信息与电气学科世界著名学者——奈奎斯特216
思维导图217
思考题218
习题218
第6章线性系统的综合与校正222
6.1概述222
6.1.1系统校正的一般概念222
6.1.2校正方式223
6.1.3校正方法224
6.2基本控制规律226
6.2.1比例（P）控制规律226
6.2.2比例-微分（PD）控制规律226
6.2.3积分（I）控制规律228
6.2.4比例-积分（PI）控制规律228
6.2.5比例-积分-微分（PID）控制规律229
6.3串联校正230
6.3.1串联超前校正（PD）230
6.3.2串联滞后校正(PI)235
6.3.3串联滞后-超前校正(PID)239
6.4期望频率特性法245
6.5反馈校正247
6.5.1反馈校正功能247
6.5.2用频率法分析反馈校正系统250
6.6基于Matlab的控制系统校正255
小结260
电子信息与电气学科世界著名学者——伯德260
思维导图261
思考题262
习题262
第7章非线性系统的分析264
7.1非线性系统概述264
7.1.1非线性现象的普遍性264
7.1.2典型的非线性特性265
7.1.3非线性系统的特点267
7.1.4非线性系统的分析方法268
7.2描述函数法268
7.2.1描述函数法的基本概念268
7.2.2典型非线性特性的描述函数270
7.2.3非线性系统的等效274
7.2.4非线性系统的描述函数分析278
7.3相平面分析法284
7.3.1相平面的基本概念284
7.3.2相轨迹的绘制方法286
7.3.3由相轨迹求时间解288
7.3.4线性系统相轨迹289
7.3.5极限环292
7.3.6非线性系统相轨迹293
7.4改善非线性系统性能的措施299
7.4.1调整线性部分的结构参数299
7.4.2改变非线性特性299
7.4.3非线性特性的利用300
7.5基于Simulink求解非线性系统的时域响应301
小结304
控制与电气学科世界著名学者——钱学森304
思维导图305
思考题305
习题306
第8章线性离散系统的分析310
8.1概述310
8.2信号的采样与复现312
8.2.1信号采样过程312
8.2.2采样定理313
8.2.3信号复现316
8.3Z变换318
8.3.1Z变换的定义318
8.3.2Z变换的方法319
8.3.3Z变换的性质321
8.3.4Z反变换322
8.4离散系统的数学模型324
8.4.1差分方程及其解法324
8.4.2脉冲传递函数325
8.4.3开环系统脉冲传递函数327
8.4.4闭环系统脉冲传递函数328
8.5稳定性分析331
8.5.1s平面到z平面的映射332
8.5.2线性离散系统稳定的充要条件333
8.5.3稳定性判据334
8.6动态性能分析338
8.6.1离散系统闭环极点分布与动态响应的关系338
8.6.2动态性能分析340
8.7稳态误差计算341
8.7.1终值定理法341
8.7.2静态误差系数法343
8.8离散系统的数字校正344
8.8.1数字控制器的脉冲传递函数344
8.8.2最少拍系统设计345
8.9基于Matlab的线性离散控制系统分析350
小结355
电子信息与电气学科世界著名学者——香农355
思维导图356
思考题357
习题357
参考文献360
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自动控制技术以自动控制理论为基础和支撑，是生产过程中的关键技术。自动控制技术广泛地应用于空间科技、冶金、化工、机电、交通运输和国防建设等各个领域，在科学技术现代化发展的过程中，发挥着越来越重要的作用。自动控制原理是控制科学与工程学科的重要理论基础，是自动化专业的核心课程。由于自动控制技术在各个行业的广泛渗透与应用，自动控制理论已逐渐成为很多学科的专业基础课程，且愈来愈占有重要的位置。
本书是高等学校专业基础课教材，既注重学生的基础理论和抽象思维的培养，加强相关数学定理及其证明的推导，又强化落实到实际的控制系统当中。本书从经典控制理论出发，讲解自动控制系统概述、控制系统的数学模型、线性系统的时域分析法、线性系统的根轨迹法、线性系统的频域分析法、线性系统的综合与校正、非线性系统的分析、线性离散系统的分析。本书从基本概念和分析方法入手，结合实例，以时域分析为主线，根轨迹分析和频域分析为两翼，利用直观的物理概念以及Matlab仿真，使学生充分理解控制系统参数与性能之间的内在联系，由浅入深地引导学生全面理解和掌握自动控制系统的分析与设计方法。
本书第2版保留了第1版的大部分内容，增加了一些自动控制系统实例；对第2章的拉普拉斯变换和第8章的Z变换进行了精简；对第5章线性系统的频率特性法中的内容进行了较大修改，对奈奎斯特稳定判据的阐述更加详细；为了通过控制系统仿真加强对控制系统基本概念和理论的理解，将第1版第9章的内容拆分安排在本书每章的最后一节，通过对典型习题的Matlab编程和Simulink环境仿真，将手工运算与计算机仿真相结合，得到直观图形，使抽象问题更容易理解。为了加强理论与工程实践的结合，各章均增加了与工程案例相结合的典型例题。
本书对每章学习内容设计了含有选择题型、判断题型的基本测试题，读者可以通过手机扫描书中的二维码，在线完成每章的基本测试教学环节，以便加强对基本概念和理论的理解与深化。为了帮助学生全面掌握每章的教学重点，厘清知识脉络，每章由教学目标与要求开始，结尾由小结、思维导图、思考题和习题组成。
本书为佳木斯大学“自动控制原理”省级一流本科课程建设成果教材和黑龙江省线上线下精品课程配套教材，采用本书作为教材的课程已在国家智慧教育公共服务平台上线，教学资源丰富，利于教师翻转课堂教学。
本书内容简明扼要，通俗易懂，条理清晰，层次分明，注意各专业的通用性和便于不同教学时数的取舍。本书电子课件、教学大纲、教学日志可在www.cipedu.com.cn下载，供选用教材的教师参考。
本书由佳木斯大学田思庆、王鹍、元佳茜主编，佳木斯大学周黎黎、姜天岳、张敏、李金霞、张宁、杨康，牡丹江师范学院王淑玉参加编写。其中田思庆编写第1章和第3章，张敏编写第2章的2.1～2.5节，张宁编写第2章的2.6～2.8节，李金霞编写第4章，王鹍编写第5章，姜天岳编写第6章，周黎黎编写第7章，元佳茜编写第8章，王淑玉编写全书的思维导图、思考题、习题及其答案。全书由田思庆教授整理统稿，杨康主审。
本书在编写过程中参考了相关优秀教材和著作，编者向参考文献作者表示真诚的谢意。由于编者水平有限，书中难免有不当之处，编者邮箱为tian_siqing@126.com，恳请使用本书的教师、学生多提宝贵意见。
编者
2023年1月
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