《自動(dòng)控制原理》是江蘇省高等教育質(zhì)量工程立項(xiàng)建設(shè)精品教材，主要面向教學(xué)研究型大學(xué)自動(dòng)化類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生。
《自動(dòng)控制原理》以經(jīng)典控制理論為主，較系統(tǒng)地介紹了自動(dòng)控制理論的基本內(nèi)容，著重于基本概念、基本理論、基本的分析和設(shè)計(jì)方法。為適應(yīng)不同專(zhuān)業(yè)和不同層次教學(xué)的需要，各章所述的基本分析方法盡可能做到相對(duì)獨(dú)立，以便使用者靈活選擇。《自動(dòng)控制原理》內(nèi)容新穎、實(shí)用性強(qiáng)、重點(diǎn)突出，敘述深入淺出、文字簡(jiǎn)明流暢。書(shū)中除有一般性的例題和習(xí)題外，還附有綜合性的例題精解及MATLAB在控制系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用。每章都設(shè)有導(dǎo)讀和小結(jié)，便于學(xué)生學(xué)習(xí)和總結(jié)。
《自動(dòng)控制原理》可作為普通高等工科學(xué)校自動(dòng)化、電氣工程及其自動(dòng)化、機(jī)械制造及自動(dòng)化、測(cè)控技術(shù)與儀器等專(zhuān)業(yè)“自動(dòng)控制原理”課程（48～72學(xué)時(shí)）的教材，也可作為自動(dòng)化類(lèi)專(zhuān)業(yè)工程技術(shù)人員的自學(xué)參考用書(shū)。
隨著自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，“自動(dòng)控制原理”課程越來(lái)越受到重視。實(shí)踐證明，該課程不僅對(duì)工程技術(shù)有較強(qiáng)的指導(dǎo)作用，而且對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的辯證思維能力、提高綜合分析和解決問(wèn)題的能力、建立理論聯(lián)系實(shí)際和團(tuán)隊(duì)協(xié)作的科學(xué)觀點(diǎn)都具有重要的指導(dǎo)作用，現(xiàn)已成為各類(lèi)理工科專(zhuān)業(yè)的必修課程之一。
本書(shū)是江南大學(xué)“自動(dòng)控制原理”課程組為適應(yīng)教學(xué)研究型大學(xué)自動(dòng)化學(xué)科不斷發(fā)展的需求，按照“概念講清、理論講透、重在應(yīng)用”的原則，總結(jié)了多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和教學(xué)改革成果，參考了國(guó)內(nèi)外控制理論的經(jīng)典名著，經(jīng)反復(fù)討論編寫(xiě)而成。
本書(shū)的主要特色有：
（1）適應(yīng)面廣。本書(shū)主要面向教學(xué)研究型大學(xué)自動(dòng)化類(lèi)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生。但如果教師適當(dāng)增加一些內(nèi)容也適合研究型大學(xué)的學(xué)生；適當(dāng)減少一些內(nèi)容和數(shù)學(xué)推導(dǎo)，也適合于教學(xué)型大學(xué)學(xué)生。
（2）敘述深入淺出、文字簡(jiǎn)明流暢、層次分明。本書(shū)初讀起來(lái)比較明了，細(xì)讀起來(lái)又感覺(jué)比較深入。教師可以剖析教材進(jìn)行發(fā)揮，學(xué)生通過(guò)教師講解能深入理解教材內(nèi)容。既能讓大部分學(xué)生基本掌握教學(xué)內(nèi)容，也能夠滿(mǎn)足一些優(yōu)秀學(xué)生深入學(xué)習(xí)的需求。
（3）注重體系的基本結(jié)構(gòu)，以學(xué)生為本，遵循認(rèn)識(shí)規(guī)律，加強(qiáng)能力培養(yǎng)，強(qiáng)調(diào)控制理論的基本概念、基本原理和基本方法，內(nèi)容精練、重點(diǎn)突出。
（4）每章前面設(shè)置基本要求，最后設(shè)置本章小結(jié)，便于教學(xué)和學(xué)習(xí)。
（5）為方便不同層次的學(xué)生和讀者自學(xué)，各章都附有較豐富的、有難度層次的典型例題精解和習(xí)題，并有部分習(xí)題要求應(yīng)用MATI.AB求解。
（6）名詞術(shù)語(yǔ)全部采用全國(guó)自動(dòng)化名詞審定委員會(huì)公布的規(guī)范名詞，并給出了本書(shū)主要專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)的中英文對(duì)照，以方便學(xué)生閱讀相關(guān)的英文文獻(xiàn)。
（7）將要出版的有學(xué)習(xí)輔導(dǎo)和習(xí)題解答和本書(shū)配套，并向教師提供電子教案。
全書(shū)共8章，主要內(nèi)容分4大部分：第一部分包括控制系統(tǒng)概述和線(xiàn)性定常連續(xù)系統(tǒng)的分析與綜合；第二部分闡述非線(xiàn)性系統(tǒng)的基本理論和分析方法；第三部分為線(xiàn)性離散系統(tǒng)的基本理論和分析方法；第四部分為在：MATIAB與Simulink支持下對(duì)控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助分析與設(shè)計(jì)，設(shè)置于各章的最后一節(jié)中。
本書(shū)由江南大學(xué)潘豐、徐穎秦任主編，熊偉麗、謝林柏任副主編，其中，潘豐編寫(xiě)了第1章，熊偉麗編寫(xiě)了第2、3章，陳珺編寫(xiě)了第4章及附錄，徐穎秦編寫(xiě)了第5、6章，陶洪峰編寫(xiě)了第7章及參考文獻(xiàn)，謝林柏編寫(xiě)了第8章。全書(shū)由潘豐教授統(tǒng)稿。
由于作者水平有限，書(shū)中難免存在錯(cuò)誤和不妥之處，請(qǐng)讀者批評(píng)指正。
前言
第1章 引論
1.1 自動(dòng)控制系統(tǒng)概述
1.1.1 自動(dòng)控制系統(tǒng)的一般概念
1.1.2 開(kāi)環(huán)控制
1.1.3 閉環(huán)控制
1.1.4 閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成
1.1.5 自動(dòng)控制理論的發(fā)展
1.2 自動(dòng)控制系統(tǒng)的類(lèi)型
1.2.1 按信號(hào)流向劃分
1.2.2 按輸入信號(hào)變化規(guī)律劃分
1.2.3 線(xiàn)性系統(tǒng)和非線(xiàn)性系統(tǒng)
1.2.4 定常系統(tǒng)和時(shí)變系統(tǒng)
1.2.5 連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)
1.2.6 單輸入單輸出系統(tǒng)與多輸人多輸出系統(tǒng)
1.3 控制系統(tǒng)性能的基本要求和本課程的主要任務(wù)
1.3.1 控制系統(tǒng)性能的基本要求
1.3.2 本課程的主要任務(wù)
1.4 自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)例
1.4.1 烘烤爐溫度控制系統(tǒng)
1.4.2 傳動(dòng)控制系統(tǒng)
本章小結(jié)
習(xí)題
第2章 制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型
2.1 線(xiàn)性系統(tǒng)的時(shí)域數(shù)學(xué)模型——微分方程
2.1.1 列寫(xiě)系統(tǒng)微分方程的一般方法
2.1.2 線(xiàn)性系統(tǒng)的特點(diǎn)
2.1.3 線(xiàn)性定常系統(tǒng)微分方程的求解
2.1.4 運(yùn)動(dòng)的模態(tài)
2.2 非線(xiàn)性數(shù)學(xué)模型的線(xiàn)性化
2.3 線(xiàn)性系統(tǒng)的復(fù)域數(shù)學(xué)模型——傳遞函數(shù)
2.3.1 傳遞函數(shù)的定義
2.3.2 傳遞函數(shù)的基本性質(zhì)
2.3.3 傳遞函數(shù)的常用表達(dá)形式
2.3.4 典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)
2.4 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖
2.4.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖的組成和繪制
2.4.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖的等效變換和簡(jiǎn)化
2.5 信號(hào)流圖和梅森增益公式
2.5.1 信號(hào)流圖的組成及性質(zhì)
2.5.2 根據(jù)微分方程繪制信號(hào)流圖
2.5.3 根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖繪制信號(hào)流圖
2.5.4 梅森增益公式
2.6 MATLABqIt數(shù)學(xué)模型的表示
2.6.1 傳遞函數(shù)
2.6.2 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖模型
2.6.3 控制系統(tǒng)的零極點(diǎn)模型
本章小結(jié)
習(xí)越
第3章 制系統(tǒng)的時(shí)域分析
3.1 系統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng)及其性能指標(biāo)
3.1 I1典型輸入信號(hào)
3.1.2 時(shí)域響應(yīng)過(guò)程
3.1.3 性能指標(biāo)
3.2 一階系統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng)
3.2.1 一階系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和結(jié)構(gòu)圖
3.2.2 一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)
3.2.3 一階系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)
3.2.4 一階系統(tǒng)的單位斜坡響應(yīng)
3.3 二階系統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng)
3.3.1 二階系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和結(jié)構(gòu)圖
3.3.2 二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)
3.3.3 二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)的性能指標(biāo)
3.4 高階系統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng)
3.4.1 高階系統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng)分析
3.4.2 閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)
3.5 線(xiàn)性系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析
3.5.1 穩(wěn)定性的概念及定義
3.5.2 線(xiàn)性定常系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件
3.5.3 線(xiàn)性系統(tǒng)的代數(shù)判據(jù)——?jiǎng)谒狗�(wěn)定判據(jù)
3.5.4 控制系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性
3.6 控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差
3.6.1 關(guān)于穩(wěn)態(tài)誤差的基本概念
3.6.2 系統(tǒng)類(lèi)型
3.6.3 給定信號(hào)作用下的穩(wěn)態(tài)誤差(靜態(tài)誤差系數(shù)法)
3.6.4 擾動(dòng)信號(hào)作用下的穩(wěn)態(tài)誤差
3.6.5 提高系統(tǒng)控制精度的措施
3.7 MATLAB在時(shí)域分析中的應(yīng)用
3.7.1 用MATLAB求系統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng)
3.7.2 任意函數(shù)作用下系統(tǒng)的響應(yīng)
3.7.3 LTI觀測(cè)器
3.7.4 Simulink中的時(shí)域響應(yīng)分析舉例
本章小結(jié)
習(xí)題
第4章 根軌跡法
4.1 根軌跡的基本概念
4.1.1 根軌跡的定義
4.1.2 根軌跡方程及其幅值和相角條件
4.2 根軌跡繪制的基本規(guī)則及其應(yīng)用
4.2.1 繪制根軌跡的基本規(guī)則
4.2.2 根軌跡繪制例題
4.3 廣義根軌跡
4.3.1 參量根軌跡
4.3.2 零度根軌跡
4.4 控制系統(tǒng)的根軌跡分析法
4.4.1 根軌跡與穩(wěn)定性分析
4.4.2 根軌跡與動(dòng)態(tài)性能分析
4.4.3 增加開(kāi)環(huán)零、極點(diǎn)對(duì)控制系統(tǒng)性能的影響
4.5 MATLAB在根軌跡繪制中的應(yīng)用
本章小結(jié)
習(xí)題
第5章 線(xiàn)性系統(tǒng)的頻域分析
5.1 頻率特性
5.1.1 頻率特性的基本概念
5.1.2 頻率特性的求取
5.1.3 頻率特性的圖示法
5.2 典型環(huán)節(jié)的頻率特性
5.2.1 比例環(huán)節(jié)
5.2.2 積分環(huán)節(jié)
5.2.3 純微分環(huán)節(jié)
5.2.4 慣性環(huán)節(jié)
5.2.5 一階微分環(huán)節(jié)
5.2.6 振蕩環(huán)節(jié)
5.2.7 二階微分環(huán)節(jié)
5.2.8 延遲環(huán)節(jié)
5.3 控制系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)頻率特性
5.3.1 開(kāi)環(huán)奈氏圖
5.3.2 開(kāi)環(huán)Bode圖
5.3.3 最小相位系統(tǒng)和非最小相位系統(tǒng)
5.3.4 延遲系統(tǒng)
5.3.5 傳遞函數(shù)的實(shí)驗(yàn)法確定
5.4 奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)
5.4.1 引言
5.4.2 幅角原理
5.4.3 奈氏判據(jù)
5.4.4 奈氏判據(jù)中N的簡(jiǎn)易判斷方法
5.5 穩(wěn)定裕量
5.5.1 相對(duì)穩(wěn)定性
5.5.2 兩個(gè)重要頻率
5.5.3 兩個(gè)穩(wěn)定裕量指標(biāo)
5.5.4 穩(wěn)定裕量在Bode圖中的表示
5.5.5 相對(duì)穩(wěn)定性與對(duì)數(shù)幅頻特性曲線(xiàn)中頻段斜率的關(guān)系
5.5.6 穩(wěn)定裕量指標(biāo)的求解
5.6 頻率特性與系統(tǒng)性能的關(guān)系
5.6.1 開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性曲線(xiàn)與系統(tǒng)性能的關(guān)系
5.6.2 開(kāi)環(huán)頻域指標(biāo)與時(shí)域指標(biāo)的關(guān)系
5.6.3 開(kāi)環(huán)頻域指標(biāo)和閉環(huán)頻域指標(biāo)的關(guān)系
5.7 例題精解
5.8 MATLAB頻域特性分析
5.8.1 用MATLAB繪制奈氏圖
5.8.2 用MATIAB繪制Bode圖
本章小結(jié)
習(xí)題
第6章 控制系統(tǒng)的校正
6.1 校正的基本概念和方法
6.1.1 校正的基本概念
6.1.2 常用的校正方法
6.1.3 校正的性能指標(biāo)
6.1.4 校正裝置及校正目標(biāo)
6.2 串聯(lián)超前校正
6.2.1 超前校正裝置及特點(diǎn)
6.2.2 超前校正裝置的設(shè)計(jì)
6.3 串聯(lián)滯后校正
6.3.1 滯后校正裝置及特點(diǎn)
6.3.2 滯后校正裝置的設(shè)計(jì)
6.4 串聯(lián)滯后一超前校正
6.4.1 滯后-超前校正裝置及特點(diǎn)
6.4.2 滯后.超前校正裝置的設(shè)計(jì)
6.5 PID控制器
6.5.1 比例.積分(PI)控制
6.5.2 比例.微分(PD)控制
6.5.3 比例.積分-微分(PID)控制
6.5.4 PID控制器的實(shí)現(xiàn)
6.6 期望頻率特性法校正
6.6.1 系統(tǒng)固有部分的簡(jiǎn)化處理
6.6.2 期望開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性曲線(xiàn)的繪制
6.6.3 期望特性法串聯(lián)校正
6.7 反饋校正
6.7.1 反饋校正的原理
6.7.2 反饋校正的設(shè)計(jì)
6.7.3 反饋校正的其他應(yīng)用
6.8 復(fù)合校正
6.8.1 復(fù)合校正的基本概念
6.8.2 按擾動(dòng)補(bǔ)償?shù)膹?fù)合校正
6.8.3 按輸入補(bǔ)償?shù)膹?fù)合校正
6.9 例題精解
6.10 基于MATLAB和Simulink的系統(tǒng)校正
6.10.1 串聯(lián)超前校正
6.10.2 串聯(lián)滯后校正
6.10.3 利用Simulink工具箱實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)校正
本章小結(jié)
習(xí)題
第7章 非線(xiàn)性系統(tǒng)分析
7.1 引言：
7.2 典型非線(xiàn)性籽性
7.2.1 常見(jiàn)的幾種典型非線(xiàn)性特性
7.2.2 非線(xiàn)性系統(tǒng)的特征：
7.2.3 非線(xiàn)性系統(tǒng)的分析方法
7.3 描述函數(shù)法
7.3.1 描述函數(shù)的定義及求法
7.3.2 典型非線(xiàn)性特性的描述函數(shù)
7.3.3 非線(xiàn)性系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析
7.3.4 自激振蕩的分析與計(jì)算
7.4 相平面法
7.4.1 相平面法的基本概念
7.4.2 相軌跡圖的繪制
7.4.3 奇點(diǎn)和奇線(xiàn)
7.4.4 用相平面法分析非線(xiàn)性系統(tǒng)
7.5 MATLAB在非線(xiàn)性系統(tǒng)分析中的應(yīng)用
本章小結(jié)
習(xí)題
第8章 離散控制系統(tǒng)
8.1 引言
8.1.1 離散控制系統(tǒng)的基本概念
8.1.2 離散控制系統(tǒng)的特點(diǎn)
8.2 信號(hào)的采樣與復(fù)現(xiàn)
8.2.1 采樣過(guò)程
8.2.2 采樣定理
8.2.3 零階保持器
8.3 z變換
8.3.1 z變換的定義
8.3.2 變換的性質(zhì)
8.3.3 z反變換
8.4 離散控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型
8.4.1 線(xiàn)性常系數(shù)差分方程及求解
8.4.2 脈沖傳遞函數(shù)
8.4.3 開(kāi)環(huán)脈沖傳遞函數(shù)
8.4.4 閉環(huán)系統(tǒng)脈沖傳遞函數(shù)
8.5 離散控制系統(tǒng)的性能分析
8.5.1 穩(wěn)定性分析與判斷
8.5.2 穩(wěn)態(tài)誤差及其計(jì)算
8.5.3 閉環(huán)極點(diǎn)與瞬態(tài)響應(yīng)的關(guān)系
8.5.4 動(dòng)態(tài)性能分析
8.6 MATLAB在離散控制系統(tǒng)分析中的應(yīng)用
本章小結(jié)
習(xí)題
附錄A 常用函數(shù)的z變換和拉普拉斯變換
附錄B MATLAB和Simulink簡(jiǎn)介
附錄C 控制理論中常用術(shù)語(yǔ)的中英
文對(duì)照表
參考文獻(xiàn)
過(guò)去的一百年是科學(xué)和工程技術(shù)發(fā)展最迅速的一個(gè)世紀(jì)，人類(lèi)的許多希望和夢(mèng)想，被科學(xué)和技術(shù)變成現(xiàn)實(shí)。其中，自動(dòng)控制技術(shù)所取得的成就和起到的作用給各行各業(yè)的人們留下了深刻的印象。從最初的機(jī)械轉(zhuǎn)速、位移的控制到工業(yè)過(guò)程中溫度、壓力、流量、物位的控制，從遠(yuǎn)洋巨輪到深水潛艇的控制，從電動(dòng)假肢到機(jī)器人的控制，自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用幾乎無(wú)處不在。從電氣、機(jī)械、航空、化工、核反應(yīng)到經(jīng)濟(jì)管理、生物工程，自動(dòng)控制理論和技術(shù)已經(jīng)介入到許多學(xué)科，滲透到各個(gè)工程領(lǐng)域。所以，大多數(shù)工程技術(shù)人員和科學(xué)工作者都希望具備一定的自動(dòng)控制理論知識(shí)，以能夠設(shè)計(jì)和使用自動(dòng)控制系統(tǒng)。
自動(dòng)控制原理主要講述自動(dòng)控制的基本理論和分析、設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的基本方法。本章描述自動(dòng)控制的基本概念、任務(wù)、控制方式、控制系統(tǒng)的基本組成及對(duì)閉環(huán)控制過(guò)程進(jìn)行簡(jiǎn)單分析，建立對(duì)本學(xué)科的一個(gè)較為明確的認(rèn)識(shí)。
1.1 自動(dòng)控制系統(tǒng)概述
1.1.1 自動(dòng)控制系統(tǒng)的一般概念
所謂自動(dòng)控制就是在沒(méi)有人直接操作的情況下，通過(guò)控制器使一個(gè)裝置或過(guò)程（統(tǒng)稱(chēng)為控制對(duì)象）自動(dòng)地按照給定的規(guī)律運(yùn)行，使被控變量能按照給定的規(guī)律變化。系統(tǒng)是指按照某些規(guī)律結(jié)合在一起的物體（元部件）的組合，它們互相作用、互相依存，并能完成一定的任務(wù)。能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制的系統(tǒng)就可稱(chēng)為自動(dòng)控制系統(tǒng)。
例如：人造衛(wèi)星按指定的軌道運(yùn)行，并始終保持正確的姿態(tài)，使它的太陽(yáng)能電池一直朝向太陽(yáng)，無(wú)線(xiàn)電天線(xiàn)一直指向地球；電網(wǎng)的電壓和頻率自動(dòng)地維持不變；金屬切削機(jī)床的速度在電網(wǎng)電壓或負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，能自動(dòng)保持近似不變。以上這些，都是自動(dòng)控制的結(jié)果。
現(xiàn)代數(shù)字計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，為自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用開(kāi)辟了廣闊的前景，使它不僅大量應(yīng)用于空間技術(shù)、科技、工業(yè)、交通管理、環(huán)境衛(wèi)生等領(lǐng)域，而且它的概念和分析問(wèn)題的方法也向其他領(lǐng)域滲透，政治、經(jīng)濟(jì)、教學(xué)等領(lǐng)域中的各種體系，人體的各種功能，自然界中的各種生物學(xué)系統(tǒng)，都可視為是一種控制系統(tǒng)。自動(dòng)控制系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用使生產(chǎn)設(shè)備或過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，極大地提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率和產(chǎn)品的質(zhì)量，改善了勞動(dòng)條件。
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