前言目前,自動控制技術(shù)廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和科學(xué)技術(shù)等國民經(jīng)濟各領(lǐng)域中。特別是近幾十年來,隨著微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的進步,自動控制技術(shù)在航空航天、導(dǎo)彈制導(dǎo)、核能發(fā)電等現(xiàn)代科學(xué)領(lǐng)域,在生物、醫(yī)學(xué)、環(huán)保、智能交通、新能源利用、經(jīng)濟管理等新興領(lǐng)域,都起著非常重要的作用�？梢赃@樣說,一個國家在自動控制方面的水平是衡量其生產(chǎn)技術(shù)和科學(xué)技術(shù)水平先進與否的一項重要標(biāo)志。為了適應(yīng)自動化學(xué)科的發(fā)展,拓寬專業(yè)面、優(yōu)化整體教學(xué)體系的改革形勢,作者總結(jié)多年的教學(xué)經(jīng)驗,參考國內(nèi)外自動控制理論及應(yīng)用發(fā)展方向,經(jīng)反復(fù)討論編寫了本書。在本書的編寫過程中,根據(jù)應(yīng)用型本科院校的特點,適當(dāng)降低了理論深度,內(nèi)容編寫力求深入淺出、循序漸進,注意物理概念的闡述,盡量避免繁瑣的數(shù)學(xué)推導(dǎo),緊密結(jié)合具體的自動控制系統(tǒng)介紹經(jīng)典控制理論最基本的內(nèi)容,使抽象的控制理論與系統(tǒng)分析、設(shè)計相結(jié)合,理論和實踐相結(jié)合,為讀者學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課程奠定基礎(chǔ)。本書根據(jù)相應(yīng)的教學(xué)大綱和學(xué)時安排,選取了經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)部分作為內(nèi)容。但這兩方面內(nèi)容的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)不同,處理問題的思路不同,混編在一起有教學(xué)上的不便,所以在教材中分開編寫。同時建議在講解現(xiàn)代控制理論時能有意識地多聯(lián)系經(jīng)典控制理論。本 書共9章內(nèi)容。第1章介紹了自動控制系統(tǒng)的控制方式和分類,通過實例引出反饋系統(tǒng)的概念與組成特點,重點是反饋系統(tǒng)的原理、組成部件的闡述。系統(tǒng)的性能要求只介紹初步概念。第2章介紹了線性系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,主要包括微分方程、傳遞函數(shù)、動態(tài)結(jié)構(gòu)圖等。強調(diào)了用線性常系數(shù)微分方程描述的系統(tǒng)特點:疊加原理、時不變性、物理實現(xiàn)性;講梅森公式時,直接使用動態(tài)結(jié)構(gòu)圖,不引入信號流圖,從而使梅森公式與框圖融成一體。第3章介紹時域分析法,重點是對線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性等性能進行討論;主要包括一、二階系統(tǒng)的分析與計算、穩(wěn)定性分析、穩(wěn)態(tài)誤差分析、計算和一般規(guī)律等內(nèi)容。第 4章介紹根軌跡法,包括根軌跡方程與根軌跡的繪制法則,應(yīng)用主導(dǎo)極點、偶極子等概念近似分析系統(tǒng)的性能、廣義根軌跡等內(nèi)容。第5章介紹頻域分析法,包括頻率特性及其圖示方法、物理意義,奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)和對數(shù)穩(wěn)定判據(jù)。同時介紹了開、閉環(huán)頻率特性與系統(tǒng)性能的關(guān)系,以定性分析的物理概念為主。第 6章介紹線性系統(tǒng)的校正和設(shè)計,包括串聯(lián)校正、反饋校正(超前校正、滯后校正、滯后超前校正、PID控制器等)、復(fù)合校正。第7章介紹非線性系統(tǒng),包括相平面法和描述函數(shù)法,可為學(xué)生后續(xù)課程打下一定基礎(chǔ)。第8章為狀態(tài)空間分析法,是現(xiàn)代控制理論的基礎(chǔ)。從四個方面對現(xiàn)代控制理論進行描述:狀態(tài)方程、可控性和可觀性,以及李雅普諾夫方法分析系統(tǒng)穩(wěn)定性。對所有定理都給出了符合學(xué)生基礎(chǔ)的嚴(yán)格證明,論述嚴(yán)謹(jǐn),加強邏輯思維與抽象思維的訓(xùn)練。第9章介紹線性離散控制系統(tǒng),以Z 變換為數(shù)學(xué)工具,重點介紹脈沖傳遞函數(shù)及離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性判據(jù)等內(nèi)容。各章添加了系統(tǒng)分析的MATLAB方法,通過相關(guān)例題使學(xué)生了解并掌握控制系統(tǒng)的MATLAB分析方法,附錄中包括拉氏變換、Z 變換等應(yīng)用的基礎(chǔ)知識,根據(jù)不同的專業(yè)和學(xué)生課程學(xué)習(xí)的需要,在合適時間段進行講解。為了方便教學(xué)和加深學(xué)生理解,每章均有適當(dāng)?shù)牧?xí)題。本書在取材和闡述方式上,注意了工程性,將實驗教學(xué)環(huán)節(jié)和計算機輔助設(shè)計融合一體,貫穿全書。在內(nèi)容上貫徹了刪繁就簡的原則,避免過分地引申和擴充。在敘述問題時,力求概念明確、層次分明和遵循教學(xué)順序。本書還配有教學(xué)輔導(dǎo)教材、課件、精品資源共享課教學(xué)配套資料。本書由宋曉燕主編并統(tǒng)稿,參加編寫的人員有宋曉燕(第1章、第7章、附錄)、任琦梅(第2章、第6章)、代克杰(第8章、第9章)、王雪晴(第5章)、李紅(第3章)、王艷(第4章)。全書由河南科技大學(xué)的史敬灼教授審閱,史敬灼教授對本書進行了仔細(xì)的審閱并提出了寶貴的修改意見。此外,趙換麗、張亞峰、楊麗等參與了資料查詢及本書的策劃、匯稿工作,本書在編寫過程中參考了許多專家編寫的教科書和習(xí)題集,在此表示感謝。限于編者水平,書中難免存在疏漏和不妥之處,懇請讀者批評指正。編 者2017年10月