《電氣工程、自動化專業規劃教材·普通高等教育“十二五”規劃教材：自動控制原理》比較全面系統地闡述了自動控制原理的基本理論和應用。《電氣工程、自動化專業規劃教材·普通高等教育“十二五”規劃教材：自動控制原理》分8章。第1章深入淺出地講述了自動控制的基本概念和發展歷史；第2章介紹了線性連續控制系統在時域和復域中的數學模型及其結構圖和信號流圖；第3～5章分別講述了線性連續控制系統的時域分析法、根軌跡分析法、頻域分析法；第6章比較全面地闡述了線性連續控制系統的幾種典型校正方法；第7章主要講述了一種非線性連續系統分析方法——描述函數法；第8章重點介紹了離散系統的數學模型與穩定性分析。
《電氣工程、自動化專業規劃教材·普通高等教育“十二五”規劃教材：自動控制原理》可作為高等工科院校自動化、電氣工程與自動化、測控技術與儀器、機械電子工程、探測制導與控制技術、飛行器設計與工程、航天運輸與控制等專業的本科生教材，也可供從事自動控制類的各專業工程技術人員自學參考。
自動控制理論是研究自動控制共同規律的技術科學理論。隨著自動控制技術在制造業、農業、生態、交通、醫學、軍事、航空航天、經濟管理、金融等領域的廣泛應用，自動控制理論的重要價值和地位日益凸現出來，從本質上講，控制工程是一個跨學科的綜合性技術領域。“自動控制理論”目前已成為許多學科的專業基礎課程或核心課程。
作者從1996年起承擔“自動控制原理”的課程教學，每年為機械電子工程、探測制導與控制技術、飛行器設計與工程、航天運輸與控制、武器系統與發射工程、飛行器動力工程等專業的學生授課。作者根據學校教學大綱和教學計劃的修訂及學時調整，選用了很多校內外教材，幾乎對國內外的所有教材都進行了研讀，時刻關注和學習新出版的教材，及時將各教材中的精華加入自己的教案，并引入到課堂教學，豐富了教學內容。2007年，作者將教案進行整理，編寫了北京理工大學《自動控制原理》內部教材。
本書編寫的目的是擬博采國內外《自動控制理論》教材之長，融會貫通，出版一本時代感強、理論知識闡述嚴密、融入作者多年教學經驗和課程教學改革的成果、反應自動控制理論在航空航天技術領域中的最新進展和應用成果、具有較強工程實用性的教材，以提高學生學以致用的能力。
本書在編寫過程中，盡量堅持以下原則。
（1）理論系統性強，但充分面向工程
本書依然傳承國內優秀教材理論系統性強的特點，但同時特別強調自動控制理論是一門應用性很強的工程學科，而不是抽象的數學運算和數學符號的堆砌。深入剖析理論所蘊含的物理意義，刪減或精簡傳統自動控制理論教材中過于繁復的數學證明，強調教材的“工程實用性”。
（2）博采眾家之長，并融會貫通
萃取國內外常用和近期出版教材的精華，尤其是將國內常用教材的理論系統性強和國外教材示例多、闡述形象、通俗易懂的特點有機融合在一起，突出教材的“與時俱進”。同時，在教材中融入作者多年來在本課程教學和科研實踐中的體會，將理論與實踐緊密結合，反映自動控制理論在航空航天等各領域的廣泛應用，激發學生的學習興趣，引導學生學以致用。
（3）恰當地利用MATLAB軟件輔助課程教學
在每章最后一節簡單介紹對應知識點中的MATLAB仿真指令，加強學生對自動控制理論的深入理解與掌握，并有助于學生以后的控制系統工程實踐；避免用過多篇幅講述MATLAB的做法，分清主次內容，突出自動控制理論的完整性和系統性，避免喧賓奪主。
（4）追溯自動控制理論的發展史，引導學生認識科學發展規律
本書在第1章中詳細介紹自動控制理論的發展史和形成史，使學生明了在科學發展過程中，需求牽引與技術推動的辯證關系和巨大作用，激勵和教育學生夯實基礎、大膽創新；將自動控制理論中的主要知識點與自動控制理論發展歷史聯系起來，突出自動控制理論的悠久歷史淵源，提高學生的學習興趣。
本書分8章。第1章深入淺出地講述了自動控制的基本概念和發展歷史；第2章介紹了線性連續控制系統在時域和復域中的數學模型及其結構圖和信號流圖；第3～5章分別講述了線性連續控制系統的時域分析法、根軌跡分析法、頻域分析法；第6章比較全面地闡述了線性連續控制系統的幾種典型校正方法；第7章主要講述了一種非線性連續系統分析方法——描述函數法；第8章重點介紹了離散系統的數學模型與穩定性分析。在每章的最后一節介紹了基于MATLAB的控制系統分析相關指令，以促進學生對自動控制理論的深入理解與掌握，并為以后的實踐應用奠定軟件設計基礎。
本書第1～7章由宋建梅編寫，第8章由王正杰、宋建梅共同編寫。在本書編寫過程中，北京理工大學自動化學院的張旺老師給予了認真的指導。已畢業的碩士研究生孫松斌、董帥、劉七燕在本書雛形（2007年北京理工大學內部教材）的編寫過程中進行了文字錄入、繪圖、仿真程序編寫等工作；蔡高華、馮濤、陳賢相、史榕頎、張明亮、梁棟在本書的編寫過程中進行了文字錄入、繪圖、仿真程序編寫等工作，在此一并感謝。
本書提供配套的電子課件及相關仿真程序，可登錄電子工業出版社的華信教育資源網：www.hxedu.com.cn，注冊后免費下載。
由于作者水平有限，書中錯誤或欠妥之處在所難免，懇請各位讀者批評指正。
作者
2012年4月
第1章 自動控制系統導論
1.1 引言
1.1.1 自動控制概念
1.1.2 自動控制技術應用
1.1.3 自動控制系統的基本控制方式
1.2 反饋控制原理與示例
1.2.1 反饋控制原理
1.2.2 開環控制與反饋控制系統示例
1.2.3 反饋控制系統的基本組成
1.3 自動控制發展簡史
1.4 自動控制系統的分類
1.4.1 線性連續控制系統
1.4.2 線性定常離散控制系統
1.4.3 非線性控制系統
1.5 對自動控制系統的基本要求
1.5.1 基本要求
1.5.2 典型外作用
1.6 控制系統設計概述及設計實例
1.6.1 控制系統設計概論
1.6.2 設計示例1：胰島素注射控制系統
1.6.3 設計示例2：磁盤驅動讀取系統
習題1
第2章 自動控制系統的數學模型
2.1 引言
2.2 自動控制系統時域數學模型的建立
2.2.1 自動控制元件運動方程的建立
2.2.2 線性系統的基本特性
2.2.3 運動的模態
2.3 數學模型的線性化
2.4 傳遞函數
2.4.1 傳遞函數的定義和性質
2.4.2 傳遞函數的極點與零點
2.5 典型環節——傳遞函數的基本因子
2.5.1 比例環節
2.5.2 一階慣性環節
2.5.3 理想微分環節
2.5.4 積分環節
2.5.5 二階振蕩環節
2.6 結構圖及其等效變換
2.6.1 結構圖的基本概念
2.6.2 結構圖的繪制
2.6.3 結構圖等效變換
2.7 信號流圖及梅森增益公式
2.7.1 信號流圖的基本概念
2.7.2 梅森增益公式
2.7.3 信號流圖的繪制
2.8 開環傳遞函數與閉環傳遞函數
2.8.1 開環傳遞函數
2.8.2 閉環傳遞函數
2.9 設計示例：磁盤驅動讀取系統
2.10 控制系統在MATLAB中的描述及部分分式展開
2.10.1 控制系統在MATLAB中的描述
2.10.2 部分分式展開
習題2
第3章 自動控制系統的時域分析
3.1 引言
3.2 線性系統的穩定性分析
3.2.1 穩定性定義
3.2.2 系統穩定的充分必要條件
3.3 勞斯穩定性判據
3.3.1 勞斯穩定性判據
3.3.2 應用勞斯判據確定系統參數
3.4 過渡過程的基本概念
3.4.1 過渡過程定義
3.4.2 單位階躍響應及其性能指標
3.5 一階系統的時域分析
3.5.1 一階系統的單位階躍響應
3.5.2 一階系統的單位脈沖響應
3.5.3 一階系統的單位斜坡響應
3.5.4 一階系統的單位加速度響應
3.6 典型二階系統的時域分析
3.6.1 二階系統的數學模型
3.6.2 二階系統的單位階躍響應
3.6.3 二階系統的瞬態響應指標
3.7 第三個極點和零點對二階系統響應的影響
3.7.1 第三個極點對二階系統響應的影響
3.7.2 附加零點對典型二階系統單位階躍響應的影響
3.7.3 小結
3.8 高階系統的單位階躍響應
3.8.1 單位階躍響應表達式
3.8.2 主導極點和等效二階系統
3.9 線性系統的穩態誤差分析
3.9.1 引言
3.9.2 誤差與穩態誤差
3.9.3 三種標準測試輸入信號下的穩態誤差
3.9.4 動態誤差系數
3.9.5 擾動作用下的穩態誤差
3.9.6 減小或消除穩態誤差的措施
3.10 設計實例
3.10.1 磁盤驅動讀取系統
3.10.2 磁盤驅動讀取系統（續）
3.10.3 英吉利海峽海底隧道鉆機
3.10.4 火星漫游車轉向控制
3.11 用MATLAB進行系統的時域分析
習題3
第4章 根軌跡法
4.1 引言
4.2 根軌跡的基本概念
4.2.1 二階系統的根軌跡
4.2.2 輻角條件和幅值條件
4.3 根軌跡繪制的基本法則
4.4 根軌跡草圖繪制舉例
4.5 參量根軌跡
4.6 增加極點或零點對根軌跡的影響
4.7 設計實例
4.8 應用MATLAB繪制分析根軌跡
習題4
第5章 頻域分析法
5.1 引言
5.2 頻率特性的基本概念
5.2.1 頻率特性的基本概念
5.2.2 頻率特性的幾何表示法
5.3 典型環節的頻率特性
5.3.1 比例環節的頻率特性
5.3.2 積分環節的頻率特性
5.3.3 微分環節的頻率特性
5.3.4 慣性環節的頻率特性
5.3.5 一階微分環節的頻率特性
5.3.6 振蕩環節的頻率特性
5.3.7 不穩定慣性環節的頻率特性
5.3.8 延時環節的頻率特性
5.4 開環系統的頻率特性
5.4.1 最小相位與非最小相位系統
5.4.2 開環幅相頻率特性作圖法
5.4.3 開環系統的對數頻率特性曲線
5.4.4 傳遞函數的頻域實驗確定
5.5 奈奎斯特穩定性判據
5.5.1 引言
5.5.2 輻角原理
5.5.3 奈奎斯特穩定性判據
5.5.4 開環系統含有積分環節時奈氏判據的推廣
5.5.5 對數頻率穩定性判據
5.6 穩定裕度
5.7 控制系統頻率特性與過渡過程的關系
5.7.1 控制系統的頻帶寬度
5.7.2 二階閉環系統的頻域指標與時域指標的關系
5.7.3 開環頻域指標和時域指標的關系
5.7.4 閉環系統頻域指標和開環頻域指標的轉換
5.8 設計實例
5.9 控制系統頻域響應分析中的MATLAB指令
5.9.1 頻率響應的計算方法
5.9.2 頻率響應曲線繪制
習題5
第6章 控制系統校正
6.1 引言
6.1.1 控制系統校正的基本概念
6.1.2 控制系統設計方法
6.2 頻率法校正的基本概念
6.2.1 頻率法校正原理
6.2.2 系統頻域指標
6.2.3 期望的開環頻率特性
6.3 常用校正裝置及其特性
6.3.1 無源超前網絡
6.3.2 無源滯后網絡
6.3.3 無源滯后-超前網絡
6.4 串聯校正
6.4.1 串聯超前校正
6.4.2 串聯滯后校正
6.4.3 串聯滯后-超前校正
6.4.4 基于綜合法的串聯滯后-超前校正
6.5 標準傳遞函數法
6.5.1 按ITAE準則確定標準傳遞函數
6.5.2 按巴特沃斯濾波器確定標準傳遞函數
6.5.3 最小節拍響應確定標準傳遞函數
6.5.４ 標準傳遞函數法綜合串聯校正裝置舉例
6.6 反饋校正
6.6.1 反饋校正的一般特性
6.6.2 比例反饋包圍慣性環節
6.6.3 微分反饋包圍積分環節
……
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