前言目前,自動控制技術廣泛地應用于現(xiàn)代工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和科學技術等國民經(jīng)濟各領域中。特別是近幾十年來,隨著微電子技術和計算機技術的進步,自動控制技術在航空航天、導彈制導、核能發(fā)電等現(xiàn)代科學領域,在生物、醫(yī)學、環(huán)保、智能交通、新能源利用、經(jīng)濟管理等新興領域,都起著非常重要的作用。可以這樣說,一個國家在自動控制方面的水平是衡量其生產(chǎn)技術和科學技術水平先進與否的一項重要標志。為了適應自動化學科的發(fā)展,拓寬專業(yè)面、優(yōu)化整體教學體系的改革形勢,作者總結(jié)多年的教學經(jīng)驗,參考國內(nèi)外自動控制理論及應用發(fā)展方向,經(jīng)反復討論編寫了本書。在本書的編寫過程中,根據(jù)應用型本科院校的特點,適當降低了理論深度,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)學推導,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、設計相結(jié)合,理論和實踐相結(jié)合,為讀者學習后續(xù)專業(yè)課程奠定基礎。本書根據(jù)相應的教學大綱和學時安排,選取了經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論基礎部分作為內(nèi)容。但這兩方面內(nèi)容的數(shù)學基礎不同,處理問題的思路不同,混編在一起有教學上的不便,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,應用主導極點、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,可為學生后續(xù)課程打下一定基礎。第8章為狀態(tài)空間分析法,是現(xiàn)代控制理論的基礎。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生基礎的嚴格證明,論述嚴謹,加強邏輯思維與抽象思維的訓練。第9章介紹線性離散控制系統(tǒng),以Z 變換為數(shù)學工具,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,通過相關例題使學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 變換等應用的基礎知識,根據(jù)不同的專業(yè)和學生課程學習的需要,在合適時間段進行講解。為了方便教學和加深學生理解,每章均有適當?shù)牧曨}。本書在取材和闡述方式上,注意了工程性,將實驗教學環(huán)節(jié)和計算機輔助設計融合一體,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順序。本書還配有教學輔導教材、課件、精品資源共享課教學配套資料。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的史敬灼教授審閱,史敬灼教授對本書進行了仔細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