前言 
在科學(xué)研究與社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)的過(guò)程中，將人類(lèi)從復(fù)雜、危險(xiǎn)、煩瑣的勞動(dòng)環(huán)境中解放出來(lái)，并大大提高其控制效率，控制工程技術(shù)起著越來(lái)越重要的作用。控制工程是工程科學(xué)的一個(gè)分支，它涉及利用反饋原理對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的自動(dòng)影響，以使得輸出值接近期望值。而每一次新的控制理論、控制方法、控制設(shè)備的出現(xiàn)，也促進(jìn)了其他學(xué)科與工程技術(shù)的發(fā)展。控制工程技術(shù)已經(jīng)成為從事科學(xué)研究與社會(huì)生產(chǎn)的技術(shù)人員必須掌握的專(zhuān)業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)。 
“控制工程基礎(chǔ)”是機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)本科生必修的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課。武漢理工大學(xué)在20世紀(jì)70年代就開(kāi)設(shè)了“控制工程基礎(chǔ)”課程，是全國(guó)zui早開(kāi)設(shè)此課程的高校之一。武漢理工大學(xué)的教師經(jīng)過(guò)幾十年的教學(xué)和科研實(shí)踐，在教學(xué)內(nèi)容、教材和實(shí)驗(yàn)室建設(shè)等方面積累了很多寶貴經(jīng)驗(yàn)和科研案例素材，并力圖將這些經(jīng)驗(yàn)體會(huì)、案例素材融入本書(shū)的內(nèi)容中，以便讀者能更全面、更深入地了解“控制工程基礎(chǔ)”的全貌。 
1.課程簡(jiǎn)介 
“控制工程基礎(chǔ)”是控制理論在機(jī)械工程實(shí)踐中具體應(yīng)用的分支學(xué)科，它的研究對(duì)象是工程中的各種功率流、物質(zhì)流、信息流的控制系統(tǒng)，其內(nèi)容著重從信息的角度，闡述和討論各種控制系統(tǒng)性能的理論分析方法和控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)方法。 
“控制工程基礎(chǔ)”課程主要介紹經(jīng)典控制理論，闡述和討論單輸入單輸出系統(tǒng)的理論分析方法和以校正方法為主的系統(tǒng)綜合方法。 
“控制工程基礎(chǔ)”課程的特點(diǎn)是理論性、邏輯性較強(qiáng)，概念術(shù)語(yǔ)多，需要用到微分方程、復(fù)變函數(shù)、拉氏變換等數(shù)學(xué)工具。因此，課程教學(xué)應(yīng)強(qiáng)調(diào)理論聯(lián)系實(shí)際，從物理本質(zhì)、數(shù)學(xué)描述等方面闡明物理概念，以基本概念為核心，以基本原理、基本方法為主線進(jìn)行教學(xué)。在教學(xué)體系上以系統(tǒng)分析為重點(diǎn)，按分析方法展開(kāi)，從時(shí)域分析逐漸進(jìn)入頻域分析，從連續(xù)系統(tǒng)再到離散系統(tǒng)。講授本課程時(shí)，要求學(xué)生自學(xué)MATLAB語(yǔ)言，并能用該語(yǔ)言解答習(xí)題和進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 
2.課程知識(shí)點(diǎn)索引 
1)控制系統(tǒng)及建模系統(tǒng)(控制、控制系統(tǒng))；自動(dòng)控制；開(kāi)環(huán)控制；閉環(huán)控制；復(fù)合控制；恒值控制；程序控制；伺服控制；連續(xù)控制；離散控制；穩(wěn)定性；準(zhǔn)確性；快速性；反饋(正、負(fù))；數(shù)學(xué)模型；解析建模；實(shí)驗(yàn)建模；微分方程；標(biāo)準(zhǔn)型；負(fù)載效應(yīng)。 
2)傳遞函數(shù)典型環(huán)節(jié)；拉氏變換；線性定理；微分定理；積分定理；延遲定理；位移定理；初值定理；終值定理；拉氏反變換；待定系數(shù)；簡(jiǎn)單極點(diǎn)；復(fù)數(shù)極點(diǎn)；重極點(diǎn)；方框圖；計(jì)算法則；等效法則；梅森公式；開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)；閉環(huán)傳遞函數(shù)；偏差傳遞函數(shù)。 
3)時(shí)間響應(yīng)典型信號(hào)；時(shí)間響應(yīng)；階躍響應(yīng)；脈沖響應(yīng)；速度響應(yīng)；微積分性質(zhì)；穩(wěn)態(tài)分量；瞬態(tài)分量；欠阻尼；臨界阻尼；過(guò)阻尼；零阻尼；負(fù)阻尼；性能指標(biāo)；上升時(shí)間；峰值時(shí)間；調(diào)整時(shí)間；平穩(wěn)性；振蕩次數(shù)；zui大超調(diào)量；穩(wěn)態(tài)誤差；終值定理；誤差系數(shù)；位置誤差系數(shù)；速度誤差系數(shù)；加速度誤差系數(shù)。 
4)頻率響應(yīng)頻率響應(yīng)；頻率特性；幅頻特性；相頻特性；實(shí)頻特性；虛頻特性；極坐標(biāo)圖(Nyquist圖，奈奎斯特圖)；對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖(Bode圖，伯德圖)；zui小相位；相位交界頻率；幅值交界頻率；相位裕量；幅值裕量；諧振頻率；諧振峰值；截止頻率；勞斯判據(jù)；勞斯陣列；內(nèi)積、外積；復(fù)角定理；奈奎斯特判據(jù)；伯德判據(jù)；穿越。 
5)系統(tǒng)分析及校正校正；校正裝置(控制器)；校正實(shí)質(zhì)；校正方式；串聯(lián)校正；反饋校正；順饋校正；干擾補(bǔ)償；P校正；PI校正；PD校正；PID校正。 
本書(shū)共6章。第1章介紹了開(kāi)環(huán)控制、閉環(huán)控制、復(fù)合控制的原理，控制過(guò)程的物理本質(zhì)，單變量反饋控制系統(tǒng)的組成和分類(lèi)，以及系統(tǒng)基本要求的穩(wěn)定性、快速性、準(zhǔn)確性概念。第2章介紹了數(shù)學(xué)模型的概念、建模方法、拉普拉斯變換、傳遞函數(shù)、數(shù)學(xué)模型的圖解方法。第3章介紹了控制系統(tǒng)時(shí)域分析，包括穩(wěn)定性分析、瞬態(tài)性能、穩(wěn)態(tài)誤差分析與計(jì)算。第4章介紹了控制系統(tǒng)的頻域分析，包括頻域響應(yīng)與頻率特性的概念，頻率特性的圖解方法，控制系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)頻率特性，頻域性能指標(biāo)與時(shí)域性能指標(biāo)的關(guān)系。第5章介紹了PID控制規(guī)律及基于頻域分析的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和校正。第6章為應(yīng)用實(shí)例，以硬盤(pán)為控制對(duì)象，運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)，進(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和校正。如此安排教學(xué)內(nèi)容，有助于讀者循序漸進(jìn)掌握控制工程的知識(shí)；其他專(zhuān)業(yè)教師選用本書(shū)時(shí)，適當(dāng)取舍內(nèi)容后可適應(yīng)不同層次及不同專(zhuān)業(yè)的教學(xué)要求。 
本書(shū)由武漢理工大學(xué)吳華春、石志良、張和平、周斌編著，吳華春統(tǒng)稿。具體編寫(xiě)分工為：石志良編寫(xiě)第2、3章，張和平編寫(xiě)第4章，周斌編寫(xiě)第2章部分、吳華春編寫(xiě)其余章節(jié)。書(shū)中部分內(nèi)容參考了相關(guān)企業(yè)的產(chǎn)品資料和兄弟院校同行作者的有關(guān)文獻(xiàn)，在此對(duì)書(shū)中所列參考文獻(xiàn)、引用的相關(guān)教材與資料的作者、譯者和單位一并表示感謝！ 
由于編者水平有限，書(shū)中難免存在不足及欠妥之處，懇請(qǐng)同行及廣大讀者批評(píng)指正。 
編著者 
2017年3月于武漢