《自動控制原理（第2版）》主要內容包括控制系統的數學模型，線性系統的時域分析法、根軌跡法、頻域分析法、綜合與校正，非線性系統的分析，線性離散系統的分析。本書著重于基本概念、基本理論和基本分析方法，并附加學習資源，掃描書中的二維碼可隨時完成基本測試題練習并查看參考答案。本書在國家智慧教育公共服務平臺有配套在線課程，可供讀者學習。
《自動控制原理（第2版）》可以作為高等院校自動化、電氣工程及其自動化、測控技術與儀器、電子信息工程、通信工程、生物醫學工程、機械設計制造及其自動化、能源與動力工程、機械電子工程等專業的本科生教材，亦可供相關專業的研究生和自動化專業工程技術人員參考。
田思慶，佳木斯大學信息電子技術學院電氣工程系，教研室主任、教授，從事教學工作20余年，主講自動控制原理和過程控制等課程，主講的自動控制原理連續兩屆獲得佳木斯大學精品課殊榮，發表自動控制原理教學文章5篇，編寫教材3部；主持研制的自動控制原理教學仿真實驗系統獲2011年黑龍江省課件評比二等獎、全國教學課件評比三等獎；研究的兩項教學成果分別獲得2009年和2011年黑龍江省高等教育教學成果二等獎兩項；連續幾年獲得佳木斯大學“十佳”教學優質獎、“十大”教學標兵和優秀教師等稱號；幾年來培養的100余名本科生考取國家重點大學研究生和博士生。
第1章自動控制系統概述1
1.1自動控制系統的定義和表示方法1
1.1.1人工控制和自動控制2
1.1.2自動控制系統的表示方法3
1.2開環控制和閉環控制4
1.2.1開環控制4
1.2.2閉環控制5
1.2.3開環控制和閉環控制的比較6
1.2.4復合控制6
1.3控制系統的組成7
1.4對自動控制系統的基本要求8
1.5自動控制系統的分類10
1.5.1線性系統和非線性系統10
1.5.2定常系統和時變系統11
1.5.3連續系統和離散系統12
1.5.4恒值控制系統、隨動控制系統和程序控制系統12
1.5.5單變量系統和多變量系統13
1.6自動控制理論發展簡史13
1.7自動控制系統實例16
1.8本課程的特點與學習方法18
小結19
控制與電氣學科世界著名學者——瓦特19
思維導圖20
思考題20
習題21
第2章控制系統的數學模型24
2.1控制系統數學模型概述24
2.1.1數學模型的定義24
2.1.2數學模型的簡化性與分析準確性25
2.1.3數學模型的分類25
2.1.4控制系統的建模方法26
2.2控制系統的時域數學模型26
2.2.1控制系統微分方程的建立26
2.2.2非線性微分方程的線性化30
2.3數學基礎——拉普拉斯變換33
2.3.1拉普拉斯變換的定義33
2.3.2典型函數的拉氏變換33
2.3.3拉氏變換的基本性質37
2.3.4拉氏反變換38
2.3.5應用拉氏變換解線性微分方程40
2.4控制系統的復域數學模型41
2.4.1傳遞函數41
2.4.2典型環節的傳遞函數43
2.4.3傳遞函數的標準形式47
2.4.4電氣網絡的運算阻抗與傳遞函數48
2.5控制系統的結構圖及其等效變換50
2.5.1系統結構圖的組成50
2.5.2系統結構圖的繪制50
2.5.3結構圖的基本變換53
2.5.4結構圖的化簡及其傳遞函數55
2.6信號流圖與梅森增益公式60
2.6.1信號流圖60
2.6.2梅森增益公式62
2.7控制系統的傳遞函數65
2.8相似原理68
小結70
控制與電氣學科世界著名學者——維納70
思維導圖71
思考題71
習題72
第3章線性控制系統的時域分析法77
3.1典型輸入信號及系統性能指標77
3.1.1典型輸入信號78
3.1.2系統時域性能指標78
3.2一階系統的時域分析80
3.2.1一階系統的數學模型80
3.2.2一階系統的單位階躍響應80
3.2.3一階系統的單位脈沖響應82
3.2.4一階系統的單位斜坡響應82
3.2.5三種響應之間的關系83
3.3二階系統的時域分析83
3.3.1二階系統的數學模型84
3.3.2二階系統的單位階躍響應86
3.3.3欠阻尼二階系統的動態性能指標89
3.3.4二階系統的單位脈沖響應97
3.3.5二階系統的單位斜坡響應98
3.3.6非零初始條件下的二階系統響應100
3.4改善二階系統動態性能的措施101
3.4.1測速反饋控制101
3.4.2比例-微分控制104
3.5高階系統的時域分析107
3.5.1高階系統的單位階躍響應108
3.5.2閉環主導極點109
3.6線性控制系統的穩定性分析109
3.6.1穩定的概念110
3.6.2線性系統穩定的充要條件110
3.6.3勞斯穩定判據111
3.6.4赫爾維茨穩定判據115
3.7線性控制系統的穩態性能分析117
3.7.1控制系統誤差與穩態誤差117
3.7.2終值定理法求穩態誤差118
3.7.3控制系統型別120
3.7.4靜態誤差系數法求穩態誤差120
3.7.5擾動信號作用下的穩態誤差124
3.7.6動態誤差系數法求動態誤差125
3.8減小或消除穩態誤差的方法126
3.8.1增大開環放大倍數126
3.8.2增加串聯積分環節127
3.8.3復合控制127
3.9基于Matlab的控制系統時域分析128
小結131
控制與電氣學科世界著名學者——麥克斯韋131
思維導圖132
思考題132
習題133
第4章線性系統的根軌跡法136
4.1控制系統的根軌跡136
4.1.1閉環零、極點與開環零、極點之間的關系138
4.1.2根軌跡方程139
4.2繪制180°根軌跡的基本規則140
4.3廣義根軌跡151
4.3.1參數根軌跡151
4.3.20°根軌跡152
4.4閉環零、極點分布對系統性能的影響155
4.4.1系統閉環零、極點分布與階躍響應的數學關系式155
4.4.2閉環極點分布與系統動態性能關系156
4.4.3利用主導極點估算系統的性能指標158
4.5添加開環零、極點對根軌跡的影響160
4.5.1添加開環零點對根軌跡的影響160
4.5.2添加開環極點對根軌跡的影響161
4.5.3添加開環偶極子對根軌跡的影響163
4.6基于Matlab的控制系統根軌跡分析164
小結166
控制與電氣學科世界著名學者——伊文思166
思維導圖167
思考題168
習題168
第5章線性系統的頻域分析法170
5.1頻率特性的基本概念和表示方法170
5.1.1頻率特性的基本概念170
5.1.2頻率特性圖形表示方法174
5.2對數頻率特性圖（伯德圖）174
5.2.1對數頻率特性圖174
5.2.2典型環節對數頻率特性圖175
5.2.3開環對數頻率特性圖繪制181
5.3最小相位系統與非最小相位系統183
5.4由對數幅頻特性曲線確定開環傳遞函數184
5.5幅相頻率特性圖（奈奎斯特曲線）185
5.5.1典型環節的幅相圖185
5.5.2開環系統幅相圖的繪制188
5.6奈奎斯特穩定判據191
5.6.1奈奎斯特穩定判據的數學基礎192
5.6.2典型的奈奎斯特穩定判據196
5.6.3基于對數頻率特性的奈奎斯特穩定判據201
5.7控制系統的相對穩定性202
5.7.1穩定裕度202
5.7.2穩定裕度計算204
5.8利用開環對數幅頻特性分析系統性能205
5.8.1開環幅頻特性“三頻段”與系統性能的關系206
5.8.2二階系統開環頻域指標與時域指標的關系209
5.9利用閉環頻率特性分析系統性能211
5.9.1閉環頻率特性的頻域指標211
5.9.2二階系統閉環頻域指標與時域指標的關系212
5.9.3高階系統頻域指標和時域指標的關系213
5.10基于Matlab的控制系統頻域分析214
小結216
電子信息與電氣學科世界著名學者——奈奎斯特216
思維導圖217
思考題218
習題218
第6章線性系統的綜合與校正222
6.1概述222
6.1.1系統校正的一般概念222
6.1.2校正方式223
6.1.3校正方法224
6.2基本控制規律226
6.2.1比例（P）控制規律226
6.2.2比例-微分（PD）控制規律226
6.2.3積分（I）控制規律228
6.2.4比例-積分（PI）控制規律228
6.2.5比例-積分-微分（PID）控制規律229
6.3串聯校正230
6.3.1串聯超前校正（PD）230
6.3.2串聯滯后校正(PI)235
6.3.3串聯滯后-超前校正(PID)239
6.4期望頻率特性法245
6.5反饋校正247
6.5.1反饋校正功能247
6.5.2用頻率法分析反饋校正系統250
6.6基于Matlab的控制系統校正255
小結260
電子信息與電氣學科世界著名學者——伯德260
思維導圖261
思考題262
習題262
第7章非線性系統的分析264
7.1非線性系統概述264
7.1.1非線性現象的普遍性264
7.1.2典型的非線性特性265
7.1.3非線性系統的特點267
7.1.4非線性系統的分析方法268
7.2描述函數法268
7.2.1描述函數法的基本概念268
7.2.2典型非線性特性的描述函數270
7.2.3非線性系統的等效274
7.2.4非線性系統的描述函數分析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相軌跡的繪制方法286
7.3.3由相軌跡求時間解288
7.3.4線性系統相軌跡289
7.3.5極限環292
7.3.6非線性系統相軌跡293
7.4改善非線性系統性能的措施299
7.4.1調整線性部分的結構參數299
7.4.2改變非線性特性299
7.4.3非線性特性的利用300
7.5基于Simulink求解非線性系統的時域響應301
小結304
控制與電氣學科世界著名學者——錢學森304
思維導圖305
思考題305
習題306
第8章線性離散系統的分析310
8.1概述310
8.2信號的采樣與復現312
8.2.1信號采樣過程312
8.2.2采樣定理313
8.2.3信號復現316
8.3Z變換318
8.3.1Z變換的定義318
8.3.2Z變換的方法319
8.3.3Z變換的性質321
8.3.4Z反變換322
8.4離散系統的數學模型324
8.4.1差分方程及其解法324
8.4.2脈沖傳遞函數325
8.4.3開環系統脈沖傳遞函數327
8.4.4閉環系統脈沖傳遞函數328
8.5穩定性分析331
8.5.1s平面到z平面的映射332
8.5.2線性離散系統穩定的充要條件333
8.5.3穩定性判據334
8.6動態性能分析338
8.6.1離散系統閉環極點分布與動態響應的關系338
8.6.2動態性能分析340
8.7穩態誤差計算341
8.7.1終值定理法341
8.7.2靜態誤差系數法343
8.8離散系統的數字校正344
8.8.1數字控制器的脈沖傳遞函數344
8.8.2最少拍系統設計345
8.9基于Matlab的線性離散控制系統分析350
小結355
電子信息與電氣學科世界著名學者——香農355
思維導圖356
思考題357
習題357
參考文獻360
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