《自動控制原理（第3版）/普通高等教育電氣工程與自動化（應用型）“十三五”規劃教材》是按照普通高等教育工程應用型本科系列教材的要求而編寫的，比較全面地闡述了經典控制理論及其應用。全書共分8章，主要內容包括緒論、控制系統的數學模型、時域分析法、根軌跡法、頻率特性法、控制系統的綜合校正、非線性控制系統分析和采樣控制系統分析等內容。書中結合MATLAB軟件在自動控制系統分析、設計中的應用，在相關章節有MATLAB知識的介紹和仿真舉例。
《自動控制原理（第3版）/普通高等教育電氣工程與自動化（應用型）“十三五”規劃教材》可作為應用型本科自動化、電氣工程及其自動化、電子信息類、儀器儀表類、機械類等專業學生的教材，也可供各類職業技術學院、專科學校的相關專業使用。
前 言
自動控制原理主要研究自動控制的共同規律，是分析和設計自動控制系統的基礎理論?它不但是自動化類專業的主要專業基礎課程，也是許多控制類專業的重要教學內容?
本書是為適應應用型本科自動化?電氣工程及其自動化及機電類專業教學的需要而編寫的，自2004年第1版出版以來，在多所院校使用，得到了廣大師生的認可?本書以經典控制理論為主要內容，分為8章，包括緒論?控制系統的數學模型?時域分析法?根軌跡法?頻率特性法?控制系統的綜合校正?非線性控制系統分析?采樣控制系統分析?
本書精選了第2版中的主要內容，并對部分章節進行了較大的修改?修改較大的內容有:傳遞函數?結構圖等效變換?信號流圖，二階系統分析，閉環主導極點，根軌跡分析法，最小相位系統，奈奎斯特穩定判據，利用頻率特性分析系統的性能，串聯校正?期望特性法校正?PID控制，描述函數法，采樣系統基本知識等?
編者根據多年教授本課程的經驗以及使用第1?2版教材的讀者反饋意見，在本版教材的編寫中力求突出重點，以簡明的語言介紹基本概念和基本方法的應用，簡化了數學推導，以突出應用型本科教材的特色?為了體現理論在工程實踐中的應用，本書以一個工程實例貫穿于數學模型建立?暫態和穩態性能分析中?本書還在各章介紹了MATLAB軟件的應用方法，使讀者便于理解和掌握MATLAB在控制系統分析和設計中的應用?
本書適用于56~80學時的教學?本書提供配套的電子課件和習題答案，歡迎選用本書作教材的老師登錄http: //www.cmpedu.com注冊下載?
本書由李曉秀和宋麗蓉任主編，李曉秀編寫了第1~3?5章，并負責全書的統稿;譚梅編寫了第4章;樂春峽編寫了第6章;趙秀芬編寫了第7章;宋麗蓉編寫了第8章，并參加了全書的統稿工作?
由于編者水平有限，書中不妥與錯誤之處在所難免，懇請廣大讀者和專家批評指正?
編 者
目 錄
前 言
第1章 緒論1
1.1 自動控制理論及其發展簡史1
1.2 自動控制系統的基本原理和組成2
1.2.1 自動控制系統的基本原理2
1.2.2 自動控制系統的組成3
1.3 自動控制系統的分類4
1.3.1 按控制系統的結構分類4
1.3.2 按系統輸出信號的變化規律分類5
1.3.3 按系統傳輸信號的特性分類6
1.3.4 按系統傳輸信號的時間性質分類7
1.4 對自動控制系統性能的基本要求7
小結8
習題9
第2章 控制系統的數學模型10
2.1 微分方程10
2.1.1 微分方程的建立10
2.1.2 非線性微分方程的線性化11
2.1.3 線性定常微分方程的求解13
2.2 傳遞函數14
2.2.1 傳遞函數的基本概念14
2.2.2 典型環節及其傳遞函數15
2.2.3 傳遞函數的求取19
2.3 結構圖20
2.3.1 結構圖的基本概念20
2.3.2 結構圖的等效變換及化簡23
2.3.3 閉環控制系統的傳遞函數28
2.4 信號流圖30
2.4.1 信號流圖的符號及術語30
2.4.2 信號流圖與結構圖的關系31
2.4.3 梅遜公式及其應用32
2.5 MATLAB中數學模型的表示33
2.5.1 傳遞函數模型的MATLAB表示33
2.5.2 結構圖模型的MATLAB表示35
小結36
習題36
第3章 時域分析法41
3.1 典型輸入信號和時域性能指標41
3.1.1 典型輸入信號41
3.1.2 時域性能指標43
3.2 控制系統的穩定性分析44
3.2.1 穩定性的概念及線性系統的穩定條件44
3.2.2 勞斯穩定判據45
3.3 控制系統的暫態性能分析49
3.3.1 一階系統分析49
3.3.2 二階系統分析50
3.3.3 高階系統分析57
3.4 控制系統的穩態性能分析58
3.4.1 誤差及穩態誤差58
3.4.2 給定輸入信號作用下的穩態誤差59
3.4.3 擾動信號作用下的穩態誤差62
3.4.4 轉速負反饋調速系統分析63
3.5 MATLAB用于時域響應分析65
3.5.1 用MATLAB分析系統的穩定性65
3.5.2 用MATLAB分析系統的暫態性能66
小結69
習題69
第4章 根軌跡法74
4.1 根軌跡的基本概念74
4.1.1 根軌跡74
4.1.2 根軌跡方程75
4.1.3 幅值條件方程和相角條件方程75
4.2 繪制根軌跡的基本法則76
4.3 參量根軌跡83
4.4 正反饋回路和零度根軌跡85
4.5 用根軌跡分析系統性能86
4.5.1 用根軌跡確定系統的閉環極點86
4.5.2 用根軌跡確定系統性能與參數的關系87
4.5.3 增加開環零點?極點對系統性能的影響88
4.6 MATLAB用于根軌跡分析90
小結92
習題93
第5章 頻率特性法95
5.1 頻率特性的基本概念95
5.1.1 頻率響應95
5.1.2 頻率特性的定義96
5.1.3 頻率特性的圖形表示98
5.2 極坐標圖(奈氏圖) 99
5.2.1 典型環節的極坐標圖99
5.2.2 控制系統開環極坐標圖102
5.3 伯德圖103
5.3.1 典型環節的伯德圖104
5.3.2 控制系統開環伯德圖108
5.3.3 由伯德圖確定傳遞函數110
5.4 奈奎斯特穩定判據111
5.4.1 輻角定理112
5.4.2 奈奎斯特穩定判據112
5.4.3 伯德圖上的奈奎斯特穩定判據117
5.5 控制系統的相對穩定性119
5.5.1 相位裕量120
5.5.2 幅值裕量120
5.6 利用頻率特性分析系統的性能121
5.6.1 開環頻域指標與時域性能指標的關系122
5.6.2 基于伯德圖的系統性能分析123
5.6.3 閉環頻域指標與時域性能指標的關系125
5.7 MATLAB用于頻域分析127
5.7.1 用MATLAB命令繪制頻率特性曲線127
5.7.2 用MATLAB命令分析系統的相對穩定性129
小結130
習題131
第6章 控制系統的綜合校正134
6.1 系統校正基礎134
6.2 串聯校正135
6.2.1 相位超前校正136
6.2.2 相位滯后校正140
6.2.3 相位滯后超前校正143
6.2.4 有源校正網絡145
6.2.5 串聯期望特性法校正147
6.3 PID校正149
6.4 局部反饋校正152
6.4.1 局部反饋校正的基本原理152
6.4.2 速度反饋校正153
6.4.3 局部反饋校正設計154
6.5 前饋補償與復合控制157
6.5.1 按輸入補償的復合控制157
6.5.2 按擾動補償的復合控制158
6.6 基于MATLAB的頻域法校正159
6.6.1 串聯校正設計159
6.6.2 校正校驗161
小結163
習題164
第7章 非線性控制系統分析167
7.1 非線性系統概述167
7.1.1 非線性系統的特征167
7.1.2 非線性系統的分析與設計方法168
7.1.3 常見的非線性特性及其對系統運動的影響168
7.2 描述函數法171
7.2.1 描述函數的基本概念171
7.2.2 典型非線性特性的描述函數172
7.2.3 非線性系統的簡化175
7.2.4 用描述函數法分析非線性系統的穩定性176
7.3 相平面法180
7.3.1 相平面的基本概念180
7.3.2 繪制相軌跡的方法180
7.3.3 奇點和極限環183
7.3.4 由相平面求時間解186
7.3.5 非線性系統的相平面法分析186
7.4 非線性特性的利用189
7.5 基于Simulink的非線性系統分析191
小結192
習題192
第8章 采樣控制系統分析196
8.1 采樣控制系統的基本概念196
8.1.1 采樣控制系統及其基本結構196
8.1.2 采樣過程與采樣定理197
8.1.3 采樣信號的復現199
8.2 采樣控制系統的數學基礎200
8.2.1 z變換的定義200
8.2.2 求z變換的方法201
8.2.3 z變換的基本定理203
8.2.4 z反變換204
8.2.5 差分方程及其求解206
8.3 脈沖傳遞函數209
8.3.1 脈沖傳遞函數的定義209
8.3.2 開環系統的脈沖傳遞函數209
8.3.3 閉環系統的脈沖傳遞函數211
8.4 采樣控制系統的動態性能分析214
8.4.1 采樣系統的動態響應分析214
8.4.2 閉環極點的位置與動態特性的關系216
8.5 采樣控制系統的穩定性分析219
8.5.1 z平面內的穩定條件219
8.5.2 勞斯穩定判據220
8.6 采樣控制系統的穩態誤差分析221
8.7 MATLAB用于采樣控制系統分析223
8.7.1 數學模型處理223
8.7.2 動態響應分析224
8.7.3 Simulink仿真分析226
8.7.4 穩定性判定226
小結227
習題228
附錄231
參考文獻233
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