控制系統(tǒng)原理及相近課程是高等學(xué)校工科學(xué)生的核心課程之一。這是本書第十四版的中譯本，主要內(nèi)容包括控制系統(tǒng)導(dǎo)論、系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型、狀態(tài)空間模型、反饋控制系統(tǒng)的特性、反饋控制系統(tǒng)的性能、線性反饋系統(tǒng)的穩(wěn)定性、根軌跡法、頻率響應(yīng)法、頻域穩(wěn)定性、反饋控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、狀態(tài)變量反饋系統(tǒng)設(shè)計(jì)、魯棒控制系統(tǒng)、數(shù)字控制系統(tǒng)等。
本書的例子和習(xí)題大多取材于現(xiàn)代科技領(lǐng)域里的實(shí)際問題，新穎而恰當(dāng)。學(xué)習(xí)和解決這些問題，可以使學(xué)生的創(chuàng)造性素養(yǎng)得到潛移默化的提升。
本書可以用作高等學(xué)校工科（自動(dòng)化、航空航天、電力、電子、機(jī)械、化工等） 本科高年級(jí)學(xué)生以及研究生的教材，也可以供從事相關(guān)工作的人員閱讀參考。
（1）清晰地闡明時(shí)域設(shè)計(jì)方法和頻域設(shè)計(jì)方法的基本原理。涵蓋控制工程全部的代表性方法，此外，還把討論的范圍擴(kuò)展到了狀態(tài)空間法。
（2）介紹了許多新內(nèi)容。例如魯棒控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等新主題，并專門拿出一章的篇幅，以實(shí)際工業(yè)用的超前校正器和滯后校正器為中心，討論了反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
（3）本書各章用大量的例題詳細(xì)演示了控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程，這些例題涵蓋控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)在多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，包括機(jī)器人、制造業(yè)、醫(yī)療和交通（地面、空中和太空） 等。
（4）解決實(shí)際問題始終是貫穿各章的重點(diǎn)。除第1 章外，全書其余各章介紹了計(jì)算機(jī)輔助分析與設(shè)計(jì)方面的內(nèi)容。
（5）全書的習(xí)題980道以上，學(xué)生通過完成從練習(xí)題到設(shè)計(jì)題和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)題的各類題目，將對(duì)自己解決問題的能力越來越自信。
（6）本書提供相應(yīng)的教學(xué)輔導(dǎo)手冊(cè)供所有采用本書教學(xué)的教師使用，其中包含所有習(xí)題的完整答案。
第14版主要更新內(nèi)容如下。
（1）新增或修改了20% 左右的課后習(xí)題。本書總共提供了980 多道基礎(chǔ)練習(xí)題、一般習(xí)題、難題、設(shè)計(jì)題和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)題等各類題目。
（2）為了更清晰地呈現(xiàn)內(nèi)容，擴(kuò)展了色彩的運(yùn)用（全書彩色圖片可在異步社區(qū)下載）。
（3）為學(xué)生和教師更新了配套網(wǎng)站：Pearson 網(wǎng)站bishop 頁面。
Richard C. Dorf
美國加利福尼亞大學(xué)戴維斯分校的電氣與計(jì)算機(jī)工程榮譽(yù)退休教授。作為該專業(yè)及其應(yīng)用領(lǐng)域的知 名學(xué) 者，Dorf 教授已經(jīng)撰寫和編著出版了多本工程類教科書和手冊(cè)，其中，The Engineering Handbook, Second Edition 和The Electrical Engineering Handbook, Third Edition 經(jīng)久不衰。同時(shí)，Dorf 教授還是Technology Ventures: From Idea to Enterprise 的合著者之一，這是一本在技術(shù)創(chuàng)業(yè)領(lǐng)域具有指導(dǎo)意義的圖書。Dorf 教授是電氣電子工程師學(xué)會(huì)（IEEE） 會(huì)士和美國工程教育協(xié)會(huì)（ASEE） 會(huì)士，他還是PIDA 控制器的專利持有者。
Robert H. Bishop
美國南佛羅里達(dá)大學(xué)工學(xué)院院長、應(yīng)用工程研究所主任和電力工程系教授。在受聘南佛羅里達(dá)大學(xué)之前，Bishop 教授是馬凱特大學(xué)工學(xué)院院長。更早之前，他是得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校航天工程與機(jī)械工程系的系主任和杰出教授，榮獲Joe J. King 專業(yè)工程成就獎(jiǎng)。Bishop 教授的工程職業(yè)生涯起始于Charles Stark Draper 實(shí)驗(yàn)室。他編著出版了講授圖示化編程的教材Learning with LabVIEW，此外還是The Mechatronics Handbook 的合著者之一。Bishop 教授始終是一位活躍的教師和研究者，他作為作者或合作者發(fā)表了145 篇以上的期刊或會(huì)議論文。他還是全球工學(xué)院院長理事會(huì)的活躍成員，該理事會(huì)致力于建立全球范圍的工學(xué)院院長網(wǎng)絡(luò)，以便推進(jìn)全球工程教育、研究和服務(wù)的發(fā)展。Bishop 教授是美國航空航天學(xué)會(huì)（AIAA） 會(huì)士、美國航天學(xué)會(huì)（AAS） 會(huì)士和美國科學(xué)促進(jìn)會(huì)（AAAS） 會(huì)士，并長期活躍于美國工程教育學(xué)會(huì)（ASEE） 和電氣電子工程師學(xué)會(huì)（IEEE）。
【譯者】
謝紅衛(wèi)
湖北洪湖人，博士，國防科技大學(xué)智能科學(xué)學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師；主要學(xué)術(shù)方向?yàn)榭刂评碚撆c控制工程，試驗(yàn)鑒定與評(píng)估技術(shù)，生物信息學(xué)；長期擔(dān)任學(xué)�！白詣�(dòng)控制原理”系列課程負(fù)責(zé)人，國防科技大學(xué)教學(xué)名師；獲得軍隊(duì)院�！坝弄�(jiǎng)”銀獎(jiǎng)1 項(xiàng)，主講的“自動(dòng)控制原理”MOOC 課程獲評(píng)國 家級(jí)線上一 流課程1 項(xiàng)，獲得湖南省精品課程1項(xiàng)，湖南省教學(xué)成果二等獎(jiǎng)1 項(xiàng)，編寫、翻譯出版教材和專著10 部；承擔(dān)完成科研項(xiàng)目35 項(xiàng)，發(fā)表論文130 余篇，獲得中國電子學(xué)會(huì)電子信息科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)1 項(xiàng)，國防科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，湖南省自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)1 項(xiàng)。
第1 章 控制系統(tǒng)導(dǎo)論 1
1.1 引言 1
1.2 自動(dòng)控制簡史 4
1.3 控制系統(tǒng)實(shí)例 8
1.4 工程設(shè)計(jì) 13
1.5 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 15
1.6 機(jī)電一體化系統(tǒng) 17
1.7 綠色工程 20
1.8 控制系統(tǒng)前瞻 21
1.9 設(shè)計(jì)實(shí)例 22
1.10 循序漸進(jìn)設(shè)計(jì)實(shí)例：磁盤驅(qū)動(dòng)器讀取系統(tǒng) 26
1.11 小結(jié) 27
技能自測 27
基礎(chǔ)練習(xí)題 29
一般習(xí)題 31
難題 35
設(shè)計(jì)題 38
技能自測答案 40
術(shù)語和概念 40
第2 章 系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型 42
2.1 引言 42
2.2 物理系統(tǒng)的微分方程（組） 42
2.3 物理系統(tǒng)的線性近似 46
2.4 拉普拉斯變換 48
2.5 線性系統(tǒng)的傳遞函數(shù) 54
2.6 框圖模型 64
2.7 信號(hào)流圖模型 68
2.8 設(shè)計(jì)實(shí)例 73
2.9 利用控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行系統(tǒng)仿真 89
2.10 循序漸進(jìn)設(shè)計(jì)實(shí)例：磁盤驅(qū)動(dòng)器讀取系統(tǒng) 101
2.11 小結(jié) 103
技能自測 104
基礎(chǔ)練習(xí)題 107
一般習(xí)題 114
難題 126
設(shè)計(jì)題 129
計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)題 131
技能自測答案 133
術(shù)語和概念 133
第3 章 狀態(tài)空間模型 136
3.1 引言 136
3.2 動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)變量 137
3.3 狀態(tài)微分方程（組） 139
3.4 信號(hào)流圖模型和框圖模型 143
3.5 其他形式的信號(hào)流圖和框圖模型 152
3.6 由狀態(tài)方程求解傳遞函數(shù) 155
3.7 狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣和系統(tǒng)時(shí)間響應(yīng) 156
3.8 設(shè)計(jì)實(shí)例 159
3.9 利用控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件分析狀態(tài)空間模型 170
3.10 循序漸進(jìn)設(shè)計(jì)實(shí)例：磁盤驅(qū)動(dòng)器讀取系統(tǒng) 173
3.11 小結(jié) 176
技能自測 176
基礎(chǔ)練習(xí)題 179
一般習(xí)題 183
難題 192
設(shè)計(jì)題 195
計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)題 196
技能自測答案 198
術(shù)語和概念 198
第4 章 反饋控制系統(tǒng)的特性 200
4.1 引言 200
4.2 偏差信號(hào)分析 202
4.3 控制系統(tǒng)對(duì)參數(shù)變化的靈敏度 203
4.4 反饋控制系統(tǒng)的干擾信號(hào) 206
4.5 系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)的調(diào)控 210
4.6 穩(wěn)態(tài)誤差 212
4.7 反饋的代價(jià) 214
4.8 設(shè)計(jì)實(shí)例 215
4.9 利用控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件分析控制系統(tǒng)特性 223
4.10 循序漸進(jìn)設(shè)計(jì)實(shí)例：磁盤驅(qū)動(dòng)器讀取系統(tǒng) 229
4.11 小結(jié) 231
技能自測 232
基礎(chǔ)練習(xí)題 235
一般習(xí)題 240
難題 247
設(shè)計(jì)題 250
計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)題 254
技能自測答案 257
術(shù)語和概念 257
第5 章 反饋控制系統(tǒng)的性能 259
5.1 引言 259
5.2 測試輸入信號(hào) 260
5.3 二階系統(tǒng)的性能 262
5.4 零點(diǎn)和第三個(gè)極點(diǎn)對(duì)二階系統(tǒng)響應(yīng)的影響 267
5.5 s 平面上特征根的位置與系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng) 270
5.6 反饋控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差 272
5.7 綜合性能指標(biāo) 277
5.8 線性系統(tǒng)的簡化 282
5.9 設(shè)計(jì)實(shí)例 284
5.10 利用控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件分析系統(tǒng)性能 294
5.11 循序漸進(jìn)設(shè)計(jì)實(shí)例：磁盤驅(qū)動(dòng)器讀取系統(tǒng) 298
5.12 小結(jié) 300
技能自測 301
基礎(chǔ)練習(xí)題 304
一般習(xí)題 308
難題 314
設(shè)計(jì)題 316
計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)題 319
技能自測答案 322
術(shù)語和概念 322
第6 章 線性反饋系統(tǒng)的穩(wěn)定性 324
6.1 穩(wěn)定性的概念 324
6.2 勞斯-赫爾維茨穩(wěn)定性判據(jù) 327
6.3 反饋控制系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性 333
6.4 狀態(tài)變量系統(tǒng)的穩(wěn)定性 334
6.5 設(shè)計(jì)實(shí)例 336
6.6 利用控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性 343
6.7 循序漸進(jìn)設(shè)計(jì)實(shí)例：磁盤驅(qū)動(dòng)器讀取系統(tǒng) 348
6.8 小結(jié) 351
技能自測 351
基礎(chǔ)練習(xí)題 353
一般習(xí)題 357
難題 362
設(shè)計(jì)題 365
計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)題 367
技能自測答案 369
術(shù)語和概念 369
第7 章 根軌跡法 371
7.1 引言 371
7.2 根軌跡的概念 371
7.3 繪制根軌跡 375
7.4 應(yīng)用根軌跡法進(jìn)行參數(shù)的設(shè)計(jì) 387
7.5 靈敏度與根軌跡 391
7.6 PID控制器 395
7.7 負(fù)增益根軌跡 404
7.8 設(shè)計(jì)實(shí)例 408
7.9 利用控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件分析根軌跡 416
7.10 循序漸進(jìn)設(shè)計(jì)實(shí)例：磁盤驅(qū)動(dòng)器讀取系統(tǒng) 420
7.11 小結(jié) 421
技能自測 423
基礎(chǔ)練習(xí)題 427
一般習(xí)題 431
難題 442
設(shè)計(jì)題 446
計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)題 453
技能自測答案 455
術(shù)語和概念 455
第8 章 頻率響應(yīng)法 457
8.1 引言 457
8.2 頻率響應(yīng)圖 459
8.3 頻率響應(yīng)測量 476
8.4 頻域性能指標(biāo) 477
8.5 對(duì)數(shù)幅相圖 480
8.6 設(shè)計(jì)實(shí)例 481
8.7 利用控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件的頻率響應(yīng)法 488
8.8 循序漸進(jìn)設(shè)計(jì)實(shí)例：磁盤驅(qū)動(dòng)器讀取系統(tǒng) 493
8.9 小結(jié) 495
技能自測 497
基礎(chǔ)練習(xí)題 501
一般習(xí)題 504
難題 514
設(shè)計(jì)題 516
計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)題 519
技能自測答案 521
術(shù)語和概念 521
第9 章 頻域穩(wěn)定性 523
9.1 引言 523
9.2 s 平面上的圍線映射 524
9.3 奈奎斯特穩(wěn)定性判據(jù) 529
9.4 相對(duì)穩(wěn)定性與奈奎斯特穩(wěn)定性判據(jù) 537
9.5 利用頻域方法確定系統(tǒng)的時(shí)域性能指標(biāo) 542
9.6 系統(tǒng)帶寬 548
9.7 時(shí)延系統(tǒng)的穩(wěn)定性 549
9.8 設(shè)計(jì)實(shí)例 552
9.9 頻域中的PID控制器 566
9.10 利用控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件分析頻域穩(wěn)定性 567
9.11 循序漸進(jìn)設(shè)計(jì)實(shí)例：磁盤驅(qū)動(dòng)器讀取系統(tǒng) 576
9.12 小結(jié) 577
技能自測 584
基礎(chǔ)練習(xí)題 586
一般習(xí)題 592
難題 603
設(shè)計(jì)題 607
計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)題 612
技能自測答案 614
術(shù)語和概念 614
第10 章 反饋控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 616
10.1 引言 616
10.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法 617
10.3 串聯(lián)校正器 618
10.4 用伯德圖設(shè)計(jì)超前校正器 621
10.5 用根軌跡法設(shè)計(jì)超前校正器 626
10.6 用積分型校正器設(shè)計(jì)反饋控制系統(tǒng) 631
10.7 用根軌跡法設(shè)計(jì)滯后校正器 633
10.8 用伯德圖設(shè)計(jì)滯后校正器 636
10.9 在伯德圖上用解析法進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 640
10.10 帶有前置濾波器的反饋控制系統(tǒng) 641
10.11 設(shè)計(jì)具有最小節(jié)拍響應(yīng)的系統(tǒng) 643
10.12 設(shè)計(jì)實(shí)例 645
10.13 利用控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)控制系統(tǒng) 653
10.14 循序漸進(jìn)設(shè)計(jì)實(shí)例：磁盤驅(qū)動(dòng)器讀取系統(tǒng) 658
10.15 小結(jié) 660
技能自測 661
基礎(chǔ)練習(xí)題 664
一般習(xí)題 668
難題 678
設(shè)計(jì)題 681
計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)題 686
技能自測答案 688
術(shù)語和概念 688
第11 章 狀態(tài)變量反饋系統(tǒng)設(shè)計(jì) 689
11.1 引言 689
11.2 能控性和能觀性 690
11.3 全狀態(tài)反饋控制設(shè)計(jì) 694
11.4 觀測器設(shè)計(jì) 698
11.5 觀測器和全狀態(tài)反饋控制的集成 701
11.6 參考輸入信號(hào) 706
11.7 最優(yōu)控制系統(tǒng) 708
11.8 內(nèi)模設(shè)計(jì) 714
11.9 設(shè)計(jì)實(shí)例 716
11.10 利用控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)狀態(tài)變量反饋 722
11.11 循序漸進(jìn)設(shè)計(jì)實(shí)例：磁盤驅(qū)動(dòng)器讀取系統(tǒng) 726
11.12 小結(jié) 727
技能自測 728
基礎(chǔ)練習(xí)題 731
一般習(xí)題 733
難題 739
設(shè)計(jì)題 742
計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)題 745
技能自測答案 749
術(shù)語和概念 749
第12 章 魯棒控制系統(tǒng) 751
12.1 引言 751
12.2 魯棒控制系統(tǒng)和系統(tǒng)靈敏度 752
12.3 魯棒性分析 755
12.4 含有不確定參數(shù)的系統(tǒng) 758
12.5 魯棒控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 759
12.6 魯棒PID控制器設(shè)計(jì) 763
12.7 魯棒內(nèi)�？刂葡到y(tǒng) 767
12.8 設(shè)計(jì)實(shí)例 769
12.9 偽定量反饋系統(tǒng) 778
12.10 利用控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)魯棒控制系統(tǒng) 779
12.11 循序漸進(jìn)設(shè)計(jì)實(shí)例：磁盤驅(qū)動(dòng)器讀取系統(tǒng) 781
12.12 小結(jié) 783
技能自測 784
基礎(chǔ)練習(xí)題 788
一般習(xí)題 789
難題 794
設(shè)計(jì)題 797
計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)題 802
技能自測答案 805
術(shù)語與概念 805
第13 章 數(shù)字控制系統(tǒng) 807
13.1 引言 807
13.2 數(shù)字控制系統(tǒng)應(yīng)用概貌 808
13.3 采樣控制系統(tǒng) 809
13.4 z 變換 811
13.5 閉環(huán)反饋采樣控制系統(tǒng) 814
13.6 二階采樣控制系統(tǒng)的性能 817
13.7 帶有數(shù)字校正器的閉環(huán)系統(tǒng) 819
13.8 數(shù)字控制系統(tǒng)的根軌跡 822
13.9 PID控制器的數(shù)字實(shí)現(xiàn) 824
13.10 設(shè)計(jì)實(shí)例 825
13.11 利用控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)數(shù)字控制系統(tǒng) 832
13.12 循序漸進(jìn)設(shè)計(jì)實(shí)例：磁盤驅(qū)動(dòng)器讀取系統(tǒng) 837
13.13 小結(jié) 838
技能自測 838
基礎(chǔ)練習(xí)題 841
一般習(xí)題 844
難題 846
設(shè)計(jì)題 847
計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)題 849
技能自測答案 850
術(shù)語與概念 850
附錄A MATLAB基礎(chǔ)知識(shí) 851
附錄B MathScript RT模塊入門 867
附錄C 符號(hào)、計(jì)量單位與轉(zhuǎn)換因子 889
附錄D 拉普拉斯變換對(duì) 892
附錄E 矩陣代數(shù)簡介 894
附錄F 分貝轉(zhuǎn)換表 901
附錄G 復(fù)數(shù) 902
附錄H z 變換對(duì) 905
附錄I 用離散時(shí)間近似的方法求線性系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng) 906
附錄J 設(shè)計(jì)輔助知識(shí)要點(diǎn) 911
參考文獻(xiàn) 916
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