工程控制基礎(第2版)（簡體書）

本書的主要任務是講述自動控制系統的基本原理，指導學生掌握實際控制系統的分析和設計方法，樹立優化設計思想。內容包括系統結構圖的繪制、數學模型的建立、性能分析與補償設計。主要包括系統在三域（時域、復域、頻域）中的數學模型，系統分析的三要素（穩定性、靜態特性和動態特性），以及基于根軌跡法和頻率法的校正裝置的設計方法，非線性系統及計算機控制系統的分析與設計，等等。
MATLAB是當前一種常用的計算機輔助設計軟件，它為控制系統的分析與設計提供了專用的工具包。本書在各章都將介紹MATLAB的相關應用。本書基本概念清晰，工程實例豐富，配有大量習題（包括一般題、深入題、實際題和MATLAB題）。
本書可作為高等學校工科各專業，如電子信息類、機械工程類、電氣工程類、儀器儀表類、工程物理類等專業本科生學習控制理論的教材，也可供相關領域專業技術人員參考。

翁正新，1966年12月生。分別于1989年和1995年在哈爾濱工業大學控制工程系獲學士和博士學位，隨即到上海交通大學自動化系從事博士后研究，現為上海交通大學自動化系副教授，中國自動化學會空間及運動體控制專業委員會委員，中國自動化學會技術過程的故障診斷與安全性專業委員會委員。主要從事魯棒控制、故障診斷與容錯控制等方面的教學和科研工作。

田作華，1946年10月生。1970年畢業于上海交通大學自動控制專業，現為上海交通大學自動化系教授，博士生導師，專業方向為控制科學與工程。全國教師，上海市教學名師，中國工程教育專業認證專家。曾任教育部高等學校自動化專業教學指導委員會副主任，指導性自動化專業規范課題組負責人。長期從事教學工作，主編控制類教材2本，先后獲得省部級各類教學成果獎6項，主講課程7門。

本書保持第1版的“三縱三橫”結構。“三縱”指經典控制理論的三大方法，即時域法、復域法和頻域法；“三橫”指經典控制理論的三大核心內容，即穩定性、動態特性和穩態特性。
本書保持第1版的“加強基礎、削枝強干”的內容安排。強調經典成果，強調工程應用，結合時代發展，突出數字技術。
本書突出了工程優化意識。自動控制總是沿著“追求更好”的軌跡而發展，經典控制中又很多工程優化的實踐，充分強調了反饋控制原理和優化控制意識。
本書追求內容經典、分析精辟、例子豐富、注重應用。特別注意為讀者的獨立思考提供思路和空間。

第1章緒論
1.1引言
1.2自動控制系統的基本原理和組成
1.2.1自動控制系統
1.2.2反饋原理與優化設計
1.2.3自動控制系統的組成
1.3自動控制系統的分類
1.3.1按信號的傳遞路徑來分
1.3.2按系統輸出信號的變化規律來分
1.3.3按系統傳輸信號的性質來分
1.3.4按系統的輸入輸出特性來分
1.4控制系統實例
1.4.1內燃機的轉速控制系統
1.4.2角度隨動系統
1.5本書概貌
習題
第2章控制系統的數學模型
2.1控制系統的時域數學模型——微分方程
2.1.1系統的微分方程舉例
2.1.2非線性系統的線性化
2.2控制系統的復域數學模型——傳遞函數
2.2.1傳遞函數定義
2.2.2傳遞函數性質
2.3控制系統的頻域數學模型——頻率特性
2.4典型環節及其傳遞函數
2.4.1比例環節
2.4.2微分環節
2.4.3積分環節
2.4.4慣性環節（非周期環節）
2.4.5振蕩環節
2.4.6時間延遲環節（時滯環節）
2.5控制系統的方塊圖
2.5.1系統方塊圖
2.5.2方塊圖的基本運算法則
2.5.3系統常用的傳遞函數
2.5.4方塊圖的簡化法則
2.6信號流圖
2.6.1幾個定義
2.6.2信號流圖的性質及運算法則
2.6.3信號流圖與方塊圖之間等效關系
2.6.4梅遜公式
2.7物理元件和系統的數學模型
2.7.1機械系統
2.7.2電氣系統
2.7.3熱力系統
2.7.4液位系統
2.7.5典型位置隨動系統的數學模型
2.8MATLAB在系統數學模型轉換中的應用
2.8.1MATLAB中傳遞函數的分式多項式的表示
2.8.2傳遞函數的零極點表示
2.8.3用MATLAB計算系統的傳遞函數
2.8.4MATLAB中多項式與因式分解形式的互相轉換
小結
習題
第3章自動控制系統的時域分析
3.1典型測試信號
3.1.1階躍信號
3.1.2速度信號（斜坡信號）
3.1.3加速度信號（拋物線信號）
3.1.4脈沖信號
3.1.5正弦信號
3.2控制系統的穩定性分析
3.2.1穩定性的基本概念
3.2.2線性定常系統穩定的充分必要條件
3.2.3勞斯穩定性判據
3.2.4用MATLAB分析系統的穩定性
3.3控制系統的穩態特性——穩態誤差分析
3.3.1穩態誤差和控制系統類型
3.3.2穩態誤差系數和穩態誤差計算
3.3.3幾點結論
3.4控制系統的動態特性——動態響應分析
3.4.1控制系統動態響應指標
3.4.2一階系統的動態響應
3.4.3二階系統動態響應的描述參數
3.4.4二階系統的單位階躍響應
3.4.5二階系統的動態響應指標
3.4.6二階系統的參數優化
3.5高階系統的動態響應
3.5.1高階系統動態響應的特點
3.5.2主導極點、偶極子和附加零極點
3.6利用MATLAB分析系統性能
3.6.1step命令
3.6.2impulse命令
3.6.3lsim命令
小結
習題
第4章根軌跡法
4.1閉環系統的根軌跡
4.1.1根軌跡的定義
4.1.2根軌跡的幅值條件和相角條件
4.2繪制根軌跡的基本規則
4.2.1繪制根軌跡的基本規則和步驟
4.2.2開環零、極點的變化對根軌跡的影響
4.3根軌跡在系統參數優化中的應用
4.3.1用根軌跡分析閉環主導極點
4.3.2用根軌跡優化系統的主導極點
4.4用MATLAB繪制根軌跡
小結
習題
第5章線性系統的頻域分析——頻率響應法
5.1頻率特性
5.1.1線性定常系統對正弦輸入信號的響應
5.1.2系統的頻率特性
5.1.3頻率特性的性質
5.2頻率特性圖
5.2.1頻率特性的極坐標圖（奈氏圖）
5.2.2典型環節的奈氏圖
5.2.3對數頻率特性圖（伯德圖）
5.2.4基本因子的伯德圖
5.2.5控制系統的伯德圖
5.2.6小相位系統和非小相位系統
5.2.7對數幅相特性圖
5.2.8用MATLAB作頻率特性圖
5.3頻域中的穩定性判據
5.3.1引言
5.3.2幅角原理
5.3.3奈氏穩定性判據
5.3.4伯德圖的奈氏判據
5.4根據伯德圖求系統傳遞函數
5.5基于頻率特性的性能分析與優化設計
5.5.1開環頻率特性的性能指標
5.5.2穩定裕量
5.5.3開環頻域指標與時域性能指標的關系
5.5.4基于閉環頻率特性的系統性能分析
5.5.5從尼科爾斯圖求閉環系統的頻域指標
5.5.6用MATLAB分析系統的動態性能
小結
習題
第6章線性控制系統的設計
6.1引言
6.2不同域中系統動態性能指標的相互關系
6.3串聯校正
6.3.1相位超前校正
6.3.2相位滯后校正
6.3.3相位超前滯后校正
6.3.4有源校正網絡
6.3.5不希望極點的抵消
6.4局部反饋校正
6.4.1局部反饋校正的基本原理
6.4.2速度反饋
6.4.3速度微分反饋
6.5PID控制器
6.5.1比例積分控制
6.5.2比例微分控制
6.5.3比例積分微分控制
6.5.4PID的參數優化
6.5.5PID控制的實現
6.6前饋補償與復合控制
6.6.1按輸入補償的復合控制系統
6.6.2按擾動補償的復合控制系統
小結
習題
第7章非線性反饋控制系統
7.1非線性控制系統概述
7.1.1典型非線性特性
7.1.2非線性系統的特點
7.2描述函數法
7.2.1描述函數的基本概念
7.2.2典型非線性特性的描述函數
7.2.3組合非線性特性的描述函數
7.2.4非線性系統的描述函數分析
7.3相平面法
7.3.1相軌跡的基本概念
7.3.2奇點和極限環
7.3.3相軌跡的繪制
7.3.4非線性系統的相平面分析
7.4利用非線性特性優化系統的性能
7.5MATLAB在非線性控制系統中的應用
小結
習題
第8章計算機控制系統
8.1概述
8.2計算機控制系統的硬件組成
8.3采樣與恢復
8.3.1采樣過程
8.3.2采樣定理
8.3.3信號恢復
8.4z變換
8.4.1z變換的定義
8.4.2z變換的基本性質
8.4.3z變換的求法
8.4.4z反變換的求法
8.5脈沖傳遞函數
8.5.1數字部分的脈沖傳遞函數
8.5.2連續部分的脈沖傳遞函數
8.5.3采樣器位置的重要性
8.5.4閉環脈沖傳遞函數
8.6離散控制系統的性能分析
8.6.1離散控制系統的穩定性分析
8.6.2離散控制系統的動態性能分析
8.6.3離散控制系統的穩態性能分析
8.7數字控制器的設計
8.7.1數字控制器的模擬化設計
8.7.2數字控制器的直接設計
8.8MATLAB在離散控制系統中的應用
小結
習題
附錄1常見系統的根軌跡
附錄2拉氏變換及z變換表
附錄3常用校正裝置
參考文獻