《自動控制原理》的編寫歷時近二年，期間正值“國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020）”制定之際，而《自動控制原理》正是為“十二五”規劃及今后約8年期間的教學改革需要而編寫的本科生自動化專業核心基礎課教材。從這一點看，《自動控制原理》的編寫工作切合了國家規劃今后10年教育改革和發展的主題。
《自動控制原理》系統地闡述了自動控制理論的基本概念、原理，以及自動控制系統的經典分析和校正設計方法。全書分3部分，共計9章：第一部分為反饋控制系統的建模、穩定性與特性，由第1章緒論、第2章控制系統的數學模型和第3章控制系統的穩定性及特性組成；第二部分為線性控制系統的分析與校正，由第4章線性控制系統的時域分析、第5章根軌跡分析法、第6章頻率特性分析法和第7章線性控制系統的校正組成；第三部分由第8章線性離散控制系統和第9章非線性控制系統組成。作為教材，《自動控制原理》各知識單元的講授分3個層次：熟練掌握、掌握和了解。經過分層次教學的實踐，推薦的教學時數為踟學時。
《自動控制原理》在內容編排上面向寬口徑的自動化專業，力求與時俱進地進行教材改革實踐與創新。主要特色加下。
《自動控制原理》是廣東省精品課程“自動控制原理”的主教材，也是為“十二五”教學改革需要而編寫的本科生自動化專業核心基礎課教材。全書系統地闡述了自動控制理論的基本概念、原理，自動控制系統的經典分析和校正方法。各章安排了豐富的例題和習題。配有電子課件、MATLAB源代碼、習題參考答案等教學資源.， 在內容編排上面向寬口徑的自動化專業.力求與時俱進地進行教材改革實踐與創新..主要特色如下： ◎解決教學過程中發現的問題； ◎滿足寬口徑自動化專業的需要； ◎增加面向控制工程的理論與知識； ◎增強計算機輔助教學的應用。
胥布工，1956年生，華南理工大學教授、博士生導師、自動化科學與工程學院院長。廣東省精品課程“自動控制原理”負責人，主講教師，享受國務院政府特殊津貼專家；教育部自動化教學指導分委員會委員；中國自動化學會理事、控制理論專業委員會和過程控制專業委員會委員；Joumal of Control Theory and Applications副主編；國家自然科學獎評審專家。
第1章 緒論
1.1 引言
1.1.1 自動控制理論發展簡史
1.1.2 控制工程實踐
1.2 自動控制的基本原理
1.2.1 人工控制與自動控制
1.2.2 開環控制與閉環控制
1.2.3 反饋控制系統的基本要求
1.3 反饋控制系統的組成
1.3.1 按構成系統的基本元件劃分
1.3.2 按系統內部基本功能環節劃分
1.3.3 若干常用術語
1.4 控制系統的分類
1.4.1 按參考輸^信號特征分類
1.4.2 按系統環節間信號傳遞形式分類
1.4.3 按描述系統的動態方程分類
1.5 控制系統應用實例三則
1.6 控制系統設計概述
1.7 本書內容安排
1.7.1 組織結構
1.7.2 學習安排
1.8 小結
習題1
第2章 控制系統的數學模型
2.1 引言
2.2 系統的微分方程
2.2.1 列寫物理系統的微分方程
2.2.2 微分方程的增量化與無因次化
2.2.3 非線性微分方程的線性化
2.2 4控制系統的微分方程
2.3 傳遞函數
2.3.1 線性系統傳遞函數的概念和定義
2.3.2 傳遞函數的常用表現形式
2.3.3 典型輸入信號及其拉普拉斯變換
2.3.4 單位脈沖響應函數
2.3.5 求解系統輸出響應的方法
2.3.6 典型環節及其傳遞函數
2.4 結構圖
2.4.1 結構圖的組成和基本連接方式
2.4.2 結構圖的等效變換
2.5 信號流圖
2.5.1 信號流圖及有關術語
2.5.2 信號流圖的運算
2.5.3 信號流圖與結構圖的對應關系
2.5.4 梅遜公式及其應用
2.6 輸入一輸出模型與內部狀態模型的關系
2.6.1 傳遞函數模型與相變量型狀態流圖模型
2.6.2 傳遞函數模型與狀態方程模型的相互轉換
2.7 利用MATLAB的建模和仿真
2.7.1 輸入傳遞函數和化簡結構圖
2.7.2 求解系統的輸出響應
2.8 小結
習題2
第3章 控制系統的穩定性及特性
3.1 引言
3.2 反饋控制系統的結構及其傳遞函數
3.2.1 開環傳遞函數
3.2.2 閉環傳遞函數
3.2.3 偏差傳遞函數
3.3 閉環系統的穩定性
3.3.1 穩定性的概念和定義
3.3.2 閉環傳遞函數的極點與系統的穩定性
3.3.3 勞斯判據及其應用
3.4 反饋控制系統的特性
3.4.1 瞬態響應的改進
3.4.2 穩態誤差的減小
3.4.3 對內部模型的靈敏度
3.4.4 對外部干擾的抑制
3.5 復雜反饋控制系統的基本結構及其特陛
3.5.1 內環反饋校正
3.5.2 串級控制
3.5.3 前饋一反饋控制
3.6 利用MATLAB分析系統的穩定性及特性
3.6.1 判定系統的穩定性
3.6.2 求解靈敏度函數
3.7 小結
習題3
第4章 線性控制系統的時域分析
4.1 引言
4.2 測試輸入信號與時域性能指標
4.2.1 常用測試輸入信號
4.2.2 時域性能指標
4.3 一階系統的時域分析
4.3.1 一階系統的一般形式
4.3.2 -階系統的單位階躍響應
4.3.3 -階系統的單位脈沖響應
4.4 二階系統的時域分析
4.4.1 二階系統的一般形式
4.4.2 =階系統的單位階躍響直
4.4.3 二階系統單位階躍響應的性能指標
4.4.4 二階系統的單位脈響應
4.4.5 二階系統的性能改善
4.4.6 具有零點的二階系統分析
4.4.7 擾動作用下的二階系統分析
4.5 高階系統的時域分析
4.5.1 高階系統的時域響應
4.5.2 閉環主導極點
4.6 穩態誤差分析
4.6.1 控制系統的類型
4.6.2 參考輸人作用下的穩態誤差
4.6.3 擾動輸^作用下的穩態誤差
4.6.4 提高穩態精度的方法
4.7 基本控制規律的時域分析
4.7.1 比例(P)控制
4.7.2 比例加微分(PD)控制
4.7.3 比例加積分(PI)控制
4.7.4 比例加積分微分(PID)控制
4.8 利用MATLAB進行控制系統的時域分析
4.8.1 參考輸入響應分析
4.8.2 擾動輸入響應分析
4.9 小結
習題4
第5章 根軌跡分析法
5.1 引言
5.2 根軌跡的基本概念
5.2.1 根軌跡圖
5.2.2 根軌跡方程
5.3 繪制根軌跡的一般方法
5.3 A繪制根軌跡的基本法則
5.3.2 參數根軌跡的繪制
5.4 根軌跡法的擴展應用
5.4.1 雙回路系統的根軌跡
5.4.2 延遲系統的根軌跡
5.4.3 0度根軌跡的繪制
5.5 開環零、極點對系統根軌跡的影響
5.5.1 開環零對根軌跡的影響
5.5.2 開環極點對根軌跡的影響
5.5.3 開環偶極子對根軌跡的影響
5.6 利用MATLAB分析控制系統的軌跡
5.6.1 繪制根軌跡與求取根軌跡增益
5.6.2 分析控制系統的穩定性
5.7 小結
習題5
第6章 頻率特性分析法
6.1 引言
6.2 頻率特眭的基本概念
6.2.1 頻率響應與頻率特性的定義
6.2.2 頻率特性的物理意義
6.2.3 反饋控制系統的典型頻率特性
6.3 頻率特陛圖示法
6.3.1 幅相頻率特性曲線
6.3.2 對數頻率特性曲線
6.3.3 對數幅相特性曲線
6.4 系統的開環頻率特性
6.4.1 基本因式的頻率特性
6.4.2 幅相頻率特性曲線的起點、走向和終點
6.4.3 對數頻率特性曲線的漸近線和轉折頻率
6.4.4 最小相位系統和非最小相位系統
6.5 奈奎斯特穩定判據
6.5.1 幅角原理
6.5.2 幅角原理的應用
6.5.3 奈奎斯特穩定判據的應用
6.5.4 基于對數頻率特性的奈奎斯特穩定判據
6.6 穩定裕度
6.6.1 幅穩定裕度和相穩定裕度
6.6.2 穩定裕度與時域性能指標的關系
6.7 基于開環對數頻率特性的系統性能分析
6.7.1 低頻段特性與系統穩態誤差的關系
6.7.2 中頻段特性與系統瞬態性能的關系
6.7.3 高頻段特性與閉環頻率特性的關系
6.8 閉環頻率特性與系統陛能于旨標
6.8.1 閉環頻率特性的求取
6.8 12閉環頻域指標與時域l生能指標的關系
6.9 利用MATLAB進行控制系統的頻率特陛分析
6.9.1 繪制奈奎斯特圖和伯德圖
6.9.2 分析控制系統的性能
6.10 小結
習題6
第7章 線性控制系統的校正
7.1 引言
7.2 校正的基本概念
7.2.1 校正的動機和期望性能指標
7.2.2 校正方式
7.2.3 校正裝置的設計方法
7.2.4 常用校正裝置的特眭
7.2.5 校正裝置的實現
7.3 頻率法設計串聯校正
7.3.1 超前校正的頻率法設計
7.3.2 滯后校正的頻率法設計
7.3.3 滯后一超前校正的頻率法設計
7.3.4 期望開環對數幅頻特性設計法
7.4 根軌跡法設計串聯校正
7.4.1 超前校正的根軌跡法沒計
7.4.2 滯后校正的軌跡法設計
7.4.3 滯后一超前校正的根軌跡法設計
7.5 PID校正
7.5.1 PID校正的頻率法設計
7.5.2 PID校正的參數整定法設計
7.6 反饋校正
7.6.1 反饋校正的設計思路
7.6.2 反饋校正的設計方法
7.7 利用MATLAB輔助控制系統的校正設計
7.7.1 滯后一超前校正設計
7.7.2 PU)參數整定法校正設計
7.8 小結
習題7
第8章 線性離散控制系統
8.1 概述
8.1.1 離散控制系統的基本概念
8.1.2 離散控制系統的分析與校Ⅱ設計方法
8.2 信號采樣與保持
8.2.1 信號采樣
8.2.2 零階保持器
8.3 離散系統的數學模型
8.3.1 z變換
8.3.2 z反變換
8.3.3 差分方程
8.3.4 脈沖傳遞函數
8.4 離散控制系統的穩定性
8.4.1 離散系統穩定的充分必要條件
8.4.2 穩定判據
8.5 離散控制系統的動態性能分析
8.5.1 S平面到z平面的映射
8.5.2 閉環極點與階躍響應瞬態分量的關系
8.6 離散控制系統的穩態誤差分析
8.6.1 采樣時刻的穩態誤差
8.6.2 離散控制系統的無差度
8.7 離散控制系統的最少拍校正
8.7.1 最少拍系統的基本概念
8.7.2 最少拍系統的設計
8.8 利用MATLAB輔助離散控制系統的分析和校正
8.8.1 性能分析
8.8.2 校正設計
8.9 小結
習題8
第9章 非線性控制系統
9.1概述
9.1.1 非線性特性的類型
9.1.2 非線性控制系統的穩定性及特性
9.1.3 非線性控制系統的分析與綜合
9.2 相平面法
9.2.1 相平面法的基本概念
9.2.2 相平面圖的繪制
9.2.3 線性系統的相平面圖分析
9.2.4 非線性系統的相平面圖分析
9.2.5 非線性控制系統的分區線性化法
9.2.6 利用非線性特性改進控制系統的動態性能
9.3 描述函數法
9.3.1 描述函數與諧波線性化
9.3.2 典型非線性特陛的描述函數
9.3.3 非線性環節的串聯與并聯
9.3.4 非線性控制系統的描述函數分析方法
9.3.5 綜合問題舉例
9.4 利用MATLAB分析非線性控制系統
9.4.1 繪制非線性控制系統的相軌跡和相平面圖
9.4.2 判定穩定陛及自持振蕩
9.5 小結
習題9
附錄A
參考文獻
本章主要研究反饋控制系統的結構、穩定性及特性。本章要點小結如下：
（1）反饋控制系統的典型結構
本章討論了貫穿于全書的反饋控制系統的典型結構，推導了其開環傳遞函數，閉環傳遞函數以及偏差傳遞函數。在反饋控制系統的典型結構中，不能僅根據反饋信號進入相加點的正負號來判斷是否實現了負反饋，反饋控制系統是負反饋還是正反饋是由進入相加點的反饋信號的符號和開環傳遞函數的符號兩者共同決定的。
盡管開環控制系統和反饋控制系統都將控制器串聯在前向通道中，但兩者所依據的原理不同，開環控制是基于對被控對象進行補償的原理來實現控制，其輸入為參考輸入信號，而反饋控制的原理是基于偏差來產生控制作用，其輸人為偏差信號。
（2）閉環系統的穩定性及勞斯判據
本章建立了系統的有界輸入一有界輸出穩定性定義，對于線性定常系統來說，有界輸入一有界輸出穩定f生與漸近穩定性、零輸入穩定性和內部穩定性是等價的。勞斯判據是判定實系數多項式方程在s右半平面是否存在根的充分必要代數判據，由于系統的運動模態決定其瞬態響應，由此得出閉環系統穩定的充分必要條件是其特征方程的根均位于s平面的左半平面內，故勞斯判據也稱為勞斯穩定性判據。
（3）反饋控制系統的特性
盡管反饋成本增加且結構相對復雜，甚至出現不穩定問題，但反饋控制能使系統具有不同于開環控制系統的有益特l生，因而被廣泛應用于控制系統。本章從四個方面研究了反饋控制系統的特陛，并展示了這些特性給系統帶來的好處。這四個方面的特l生分別是：改進系統的瞬態響應，減小系統的穩態誤差，減小內部模型參數變化的靈敏度以及提高對外部擾動的抑制能力。
（4）復雜反饋控制系統的結構與特I生
單回路的控制系統被稱為簡單反饋控制系統，與此相對應，多回路或者多控制通道的控制系統就稱為復雜反饋控制系統。構成復雜反饋控制系統的方式有兩種：一種是形成局部反饋內回路，另一種是添加前饋補償通道。本章介紹了內環反饋校正、串級控制和前饋一反饋控制三種構成復雜反饋控制系統的常見結構，并討論了各自的特性。一般來說，更為復雜的反饋控制系統也常常是由這三種結構組合而成的。
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