本書是根據教育部高等學校儀器科學與技術教學指導委員會制定的專業教學規范的要求，在汲取國內外同類教材的優點,結合編者多年的教學實踐基礎上編寫的。
本書主要包括經典控制理論和部分現代控制理論。經典控制理論以線性定常連續控制系統為主線,在闡述反饋控制基本原理與概念的基礎上,著重介紹線性控制系統運動方程的建立方法,系統介紹連續控制系統的時域和頻域分析方法，分別介紹了閉環控制系統的穩定性分析、誤差分析以及綜合校正方法。舉例說明如何運用專業基礎理論和專業知識分析、研究和設計自動控制系統中復雜工程問題的解決方案。現代控制理論基礎部分是在闡述狀態空間法的基本概念的基礎上，系統介紹了系統狀態空間模型的建立與求解方法、能控性和能觀性定義及判據,扼要介紹狀態空間設計方法。
本書在編寫中致力于以下兩方面：
在結構安排上,充分考慮控制理論體系的發展形成特點及其認識規律,既注重遵循傳統模式，又注意經典與現代控制理論的適當融合；
在內容處理上,既注重基本概念、基本方法的闡述，力求概念清楚、思路清晰、循序漸進，又注意理論與實際相結合，力求聯系工程應用背景，深入淺出，并精選典型例題與習題,以便于自學。
本書由陳祥光教授、孫玉梅教授、吳磊博士、孫巧妍副教授、黃聰明教授編寫。全書共7章，其中陳祥光、孫玉梅、吳磊編寫第1~6章，孫巧妍和黃聰明編寫第7章。在本書的內容策劃與撰寫過程中，清華大學丁天懷教授、國防科技大學張玘教授等給予了熱情的支持與幫助，并提出了許多寶貴的意見，在此表示衷心的感謝。
在本書的編寫過程中,清華大學出版社、北京理工大學、煙臺南山學院給予了大力支持和幫助,在此深表謝意。
限于作者水平,書中難免存在問題和不足之處，懇請廣大讀者批評指正。
編者
2017年9月于北京
第1章緒論
1.1自動控制的發展概述
1.2控制系統工作原理
1.3自動控制系統的類型
1.3.1開環控制系統和閉環控制系統
1.3.2定值控制系統、隨動控制系統、程序控制系統
1.3.3連續控制系統和離散控制系統
1.3.4線性控制系統和非線性控制系統
1.3.5單變量控制系統和多變量控制系統
1.4小結
習題
第2章線性控制系統的運動方程及模型描述
2.1引言
2.2傳遞函數
2.2.1傳遞函數的定義
2.2.2傳遞函數的極點和零點
2.2.3典型環節及其傳遞函數
2.3線性控制系統的數學模型
2.3.1電氣系統的數學模型
2.3.2機械系統的數學模型
2.3.3工業過程裝置的數學模型
2.3.4檢測與執行裝置的數學模型
2.3.5典型對象或環節的數學模型
2.4框圖
2.4.1框圖的基本符號和連接
2.4.2框圖的變換和簡化
2.5信號流圖
2.5.1信號流圖常用術語
2.5.2框圖及相應的信號流圖
2.5.3框圖與信號流圖的轉換
2.5.4信號流圖的運算與簡化規則
2.5.5梅森增益公式
2.6應用MATLAB對數學模型進行描述
2.6.1應用MATLAB進行數學模型轉換
2.6.2應用MATLAB求系統時域解
2.6.3基于MATLAB求取系統傳遞函數
2.7運用工程知識解決控制系統復雜工程問題
2.7.1槽式反應器的溫度控制系統
2.7.2反應器的溫度控制系統框圖
2.7.3被控對象的特性分析及數學模型的建立
2.7.4構建適應被控對象特性變化的控制系統
2.8小結
習題
第3章連續控制系統的時域和頻域分析方法
3.1引言
3.2連續控制系統的時域分析法
3.2.1典型輸入信號
3.2.2控制系統的瞬態響應及性能指標
3.3連續控制系統的根軌跡分析法
3.3.1根軌跡法的基本概念
3.3.2繪制根軌跡的基本條件和規則
3.3.3根軌跡繪制方法舉例
3.4連續控制系統的頻域分析法
3.4.1頻率特性及其與傳遞函數的關系
3.4.2頻率特性的圖示方法
3.5基于MATLAB的時域和頻域分析方法
3.5.1應用MATLAB求系統的時域響應
3.5.2應用MATLAB計算時域性能指標
3.5.3應用MATLAB分析系統根軌跡
3.5.4應用MATLAB繪制伯德圖示例
3.5.5應用MATLAB繪制奈奎斯特圖示例
3.5.6應用MATLAB繪制尼柯爾斯圖示例
3.6基于學科和專業基礎知識分析控制系統復雜工程問題
3.6.1生物發酵過程自動控制系統組成
3.6.2生物發酵過程輸入量（控制量）與輸出量（被控量）的關聯性分析
3.6.3金霉素發酵過程關鍵變量的優化控制
3.7小結
習題
第4章閉環控制系統的穩定性分析
4.1引言
4.2勞斯穩定判據
4.2.1系統穩定性的初步判別
4.2.2勞斯判據
4.2.3勞斯判據的特殊情況
4.2.4勞斯判據的應用
4.3奈奎斯特穩定判據
4.3.1映射定理
4.3.2奈奎斯特穩定判據原理
4.3.3開環極點或零點位于j軸上時的奈奎斯特判據
4.4伯德圖的穩定性分析
4.4.1增益裕量和相角裕量
4.4.2相角裕量與過渡過程性能指標的關系
4.4.3最小相位系統和非最小相位系統
4.5閉環頻率特性
4.5.1由開環頻率特性求取閉環頻率特性
4.5.2等M圓圖和等N圓圖
4.5.3尼柯爾斯圖線
4.6應用MATLAB判斷系統的穩定性
4.7設計控制系統復雜工程問題的解決方案
4.7.1控制系統關聯性原理概述
4.7.2控制系統關聯性數學分析
4.7.3控制系統關聯性分析舉例
4.8小結
習題
第5章閉環控制系統的誤差分析
5.1引言
5.2控制系統的穩態誤差
5.2.1穩態誤差和誤差傳遞函數
5.2.2控制系統的結構類型
5.2.3給定輸入下(隨動系統)的穩態誤差
5.2.4擾動輸入下(定值系統)的穩態誤差
5.3穩態誤差與對數幅頻特性曲線的關系
5.3.1穩態位置誤差系數的確定
5.3.2穩態速度誤差系數的確定
5.3.3穩態加速度誤差系數的確定
5.3.4減小穩態誤差的若干措施
5.4控制系統的復雜工程問題進行預測與模擬
5.4.1基于偏差的自動控制系統構成
5.4.2參數優化（搜索）中存在的問題
5.4.3并行搜索的基本思想
5.4.4基于矩陣的多個單純形并行搜索
5.4.5應用舉例
5.5小結
習題
第6章閉環控制系統的綜合校正
6.1引言
6.2控制系統的根軌跡校正方法
6.2.1基于根軌跡的超前校正
6.2.2基于根軌跡的滯后校正
6.3控制系統的頻率特性校正方法
6.3.1基于伯德圖的超前校正
6.3.2基于伯德圖的滯后校正
6.4PID控制器特性分析及應用
6.4.1PID控制規律
6.4.2PID控制器參數對控制過程的影響
6.4.3PID控制器參數對系統根軌跡的影響
6.4.4PID控制器參數對系統頻率特性穩定裕量的影響
6．5基于典型的控制規律研究控制系統中的復雜工程問題
6.5.1基于改進 BP算法的控制系統設計
6.5.2基于人工神經網絡的智能控制系統仿真研究
6.6小結
習題
第7章控制系統的狀態空間分析與設計
7.1引言
7.2控制系統的狀態空間描述
7.2.1狀態空間描述的基本概念
7.2.2狀態空間表達式的建立
7.2.3狀態空間的線性變換與規范化
7.3線性定常連續系統狀態方程的解法
7.4線性系統的能控性和能觀性
7.4.1能控性和能觀性概念的提出
7.4.2線性定常連續系統能控性定義及其判據
7.4.3線性定常連續系統能觀性定義及其判據
7.4.4能控性與能觀性的對偶關系
7.4.5能控性和能觀性與傳遞函數(矩陣)的關系
7.5控制系統的狀態空間設計
7.5.1狀態反饋與極點配置
7.5.2狀態重構與狀態觀測器
7.6MATLAB在狀態空間法中的應用
7.6.1狀態空間模型建立與轉換
7.6.2能控性與能觀性的判定
7.6.3狀態反饋系統極點配置
7.7分析控制系統中的復雜工程問題及設計解決方案
7.7.1電控液壓舉升系統的構成
7.7.2電控液壓舉升控制系統的數學模型
7.7.3液壓舉升系統可控性與可觀性分析
7.7.4自卸車液壓舉升系統PID控制仿真
7.8小結
習題
附錄A
A.1拉氏變換
A.1.1拉氏變換的定義
A.1.2基本函數的拉氏變換
A.1.3拉氏變換的主要運算定理
A.2拉氏變換求解線性常微分方程
A.2.1拉氏反變換
A.2.2拉氏變換的應用舉例
A.3海維塞德部分分式展開法
參考文獻
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