前言目前,自動(dòng)控制技術(shù)廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防和科學(xué)技術(shù)等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域中。特別是近幾十年來(lái),隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步,自動(dòng)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(jì)管理等新興領(lǐng)域,都起著非常重要的作用。可以這樣說(shuō),一個(gè)國(guó)家在自動(dòng)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(jìn)與否的一項(xiàng)重要標(biāo)志。為了適應(yīng)自動(dòng)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(shì),作者總結(jié)多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn),參考國(guó)內(nèi)外自動(dòng)控制理論及應(yīng)用發(fā)展方向,經(jīng)反復(fù)討論編寫(xiě)了本書(shū)。在本書(shū)的編寫(xiě)過(guò)程中,根據(jù)應(yīng)用型本科院校的特點(diǎn),適當(dāng)降低了理論深度,內(nèi)容編寫(xiě)力求深入淺出、循序漸進(jìn),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(dòng)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(jì)相結(jié)合,理論和實(shí)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(shū)根據(jù)相應(yīng)的教學(xué)大綱和學(xué)時(shí)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(wèn)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(kāi)編寫(xiě)。同時(shí)建議在講解現(xiàn)代控制理論時(shí)能有意識(shí)地多聯(lián)系經(jīng)典控制理論。本 書(shū)共9章內(nèi)容。第1章介紹了自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制方式和分類(lèi),通過(guò)實(shí)例引出反饋系統(tǒng)的概念與組成特點(diǎn),重點(diǎn)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(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖等。強(qiáng)調(diào)了用線性常系數(shù)微分方程描述的系統(tǒng)特點(diǎn):疊加原理、時(shí)不變性、物理實(shí)現(xiàn)性;講梅森公式時(shí),直接使用動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖,不引入信號(hào)流圖,從而使梅森公式與框圖融成一體。第3章介紹時(shí)域分析法,重點(diǎn)是對(duì)線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性等性能進(jìn)行討論;主要包括一、二階系統(tǒng)的分析與計(jì)算、穩(wěn)定性分析、穩(wěn)態(tài)誤差分析、計(jì)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(diǎn)、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(duì)數(shù)穩(wěn)定判據(jù)。同時(shí)介紹了開(kāi)、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(jì),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(gè)方面對(duì)現(xiàn)代控制理論進(jìn)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(duì)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(qiáng)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(diǎn)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(guò)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(shí),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(shí)間段進(jìn)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(shū)在取材和闡述方式上,注意了工程性,將實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)融合一體,貫穿全書(shū)。在內(nèi)容上貫徹了刪繁就簡(jiǎn)的原則,避免過(guò)分地引申和擴(kuò)充。在敘述問(wèn)題時(shí),力求概念明確、層次分明和遵循教學(xué)順序。本書(shū)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(shū)由宋曉燕主編并統(tǒng)稿,參加編寫(xiě)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(shū)由河南科技大學(xué)的史敬灼教授審閱,史敬灼教授對(duì)本書(shū)進(jìn)行了仔細(xì)的審閱并提出了寶貴的修改意見(jiàn)。此外,趙換麗、張亞峰、楊麗等參與了資料查詢及本書(shū)的策劃、匯稿工作,本書(shū)在編寫(xiě)過(guò)程中參考了許多專家編寫(xiě)的教科書(shū)和習(xí)題集,在此表示感謝。限于編者水平,書(shū)中難免存在疏漏和不妥之處,懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正。編 者2017年10月