控制工程是一個(gè)充滿新奇和挑戰(zhàn)的領(lǐng)域，從本質(zhì)上講，它是一個(gè)跨學(xué)科的綜合性領(lǐng)域，自動控制原理則是該領(lǐng)域的學(xué)習(xí)中非常重要的一門核心基礎(chǔ)課程。一般而言，控制工程基本理論的學(xué)習(xí)可以采取兩條不同的途徑：一方面，由于控制工程建立在堅(jiān)實(shí)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)之上，因此可以將基本原理作為重點(diǎn)，從嚴(yán)格的理論角度進(jìn)行學(xué)習(xí)，再將其應(yīng)用到具體的工程實(shí)踐中；另一方面，由于控制工程的終極目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)對實(shí)際系統(tǒng)的控制，因此也可以在設(shè)計(jì)反饋控制系統(tǒng)的實(shí)踐中，憑直觀和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行學(xué)習(xí)，不過沒有理論的指導(dǎo)可能要走很多彎路。我們深信要能深入地、卓有成效地理解和掌握自動控制的基本思想和理論方法，就必須要系統(tǒng)地學(xué)習(xí)前人的研究成果，并對其進(jìn)行重新發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新。這樣，一本適用的教材就是必不可缺的，而本書即可作為工科類本科生學(xué)習(xí)自動控制基本原理時(shí)的教材。相較于目前為數(shù)眾多的此類教材，本書具有如下顯著特點(diǎn)：

1．重新整合經(jīng)典控制和現(xiàn)代控制的基本內(nèi)容，將其分為模型篇、分析篇、設(shè)計(jì)篇三大部分，這是本書的最大特色。這種篇章結(jié)構(gòu)帶來的好處是，更便于將研究同一問題的各種方法加以橫向比較，進(jìn)而做到融會貫通。

例如，在“模型篇”中，針對連續(xù)時(shí)間LTI系統(tǒng)分別介紹了微分方程模型、傳遞函數(shù)模型、方框圖與信號流圖模型、頻率特性模型。其中微分方程模型是對連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的時(shí)域描述，也是根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行的物理機(jī)理建立起來的最原始模型；當(dāng)在零初始條件下，對微分方程兩邊同時(shí)進(jìn)行Laplace變換后，就可以整理得到傳遞函數(shù)模型，它也是系統(tǒng)單位脈沖響應(yīng)的Laplace變換；在傳遞函數(shù)模型的基礎(chǔ)上，如果對系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)了解得比較清楚，則可以用圖示化的方式加以展示，即方框圖模型或信號流圖模型，當(dāng)然由Mason公式也可以方便地再得到傳遞函數(shù)模型；在零初始條件下，對系統(tǒng)輸入不同頻率的正弦信號，其穩(wěn)態(tài)輸出仍是正弦信號，只是輸出的幅值和相位是輸入信號頻率的函數(shù)，這就是系統(tǒng)的頻率特性模型。事實(shí)上，頻率特性模型也可以看作是系統(tǒng)單位脈沖響應(yīng)的傅里葉變換。這樣，我們就把用于描述連續(xù)時(shí)間LTI控制系統(tǒng)的四種模型有機(jī)地結(jié)合起來，同時(shí)可以認(rèn)為它們是對同一個(gè)系統(tǒng)從不同角度的描述，具有“橫看成嶺側(cè)成峰”的效果。對于離散時(shí)間LTI系統(tǒng)本書則介紹了差分方程、脈沖傳遞函數(shù)、狀態(tài)空間三種模型。在“分析篇”中，對連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)按照穩(wěn)定性分析、瞬態(tài)性能分析、穩(wěn)態(tài)性能分析將內(nèi)容組織成三章。每一章中都運(yùn)用多種方法對同一性能從不同角度進(jìn)行分析。例如，穩(wěn)定性分析中就采用了Routh-Hurwitz判據(jù)、根軌跡、Nyquist判據(jù)三種方法，對同一個(gè)系統(tǒng)，三種方法的切入角度不同，但分析的結(jié)論應(yīng)該是一致的。瞬態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能的分析中也采用了不同的方法加以比較。“設(shè)計(jì)篇”中對于校正裝置的經(jīng)典設(shè)計(jì)介紹了基于根軌跡和基于Bode圖兩種思路，現(xiàn)代控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中介紹了基于狀態(tài)空間模型的狀態(tài)反饋控制器設(shè)計(jì)方法。對于離散控制系統(tǒng)還介紹了基于模擬控制器的轉(zhuǎn)換法和數(shù)字控制器的直接設(shè)計(jì)法。作為自動控制基本理論的延伸和拓展，“設(shè)計(jì)篇”中還介紹了PID控制、魯棒控制和最優(yōu)控制的基本思想。

2．不同于其他教材中常常采用的工業(yè)生產(chǎn)過程案例，本書自始至終貫穿了一個(gè)典型裝備案例——高炮隨動控制系統(tǒng)。除卻在導(dǎo)論中對該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理加以介紹外，從全系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型建立，到系統(tǒng)的穩(wěn)定性、瞬態(tài)性能、穩(wěn)態(tài)性能分析，最后到系統(tǒng)性能的改進(jìn)和設(shè)計(jì)，均作為每一篇的最后一章加以討論。這樣，一方面可以作為各篇所講述基本理論知識的綜合運(yùn)用，另一方面又可以展現(xiàn)自動控制理論在裝備系統(tǒng)中的具體應(yīng)用。

3．隨著計(jì)算機(jī)和軟件技術(shù)的迅猛發(fā)展，不論是從事實(shí)際工作的工程師還是在校學(xué)習(xí)的學(xué)生，都離不開Matlab這一強(qiáng)大工具的幫助。本書幾乎在每章的最后一節(jié)都設(shè)置了Matlab應(yīng)用專題，其中既包含對單條指令的介紹，又包含為解決一個(gè)實(shí)際問題而編制的Matlab腳本程序，以及程序運(yùn)行后的結(jié)果。期望學(xué)習(xí)者可以通過仿照例程，切實(shí)掌握Matlab工具在控制系統(tǒng)建模、分析和設(shè)計(jì)中的運(yùn)用。

4．為方便數(shù)學(xué)基礎(chǔ)較弱的學(xué)生學(xué)習(xí)本教材，我們還增加了Laplace變換、Z變換和矩陣運(yùn)算的基本內(nèi)容作為附錄A、B、C，這三部分內(nèi)容在自動控制原理的學(xué)習(xí)過程中是不可或缺的，必須要熟練掌握。

在本教材的編寫即將完成之際，特別要提到國防科技大學(xué)的張湘平教授。作為本教材的負(fù)責(zé)人，早在2010年初，張教授即對教材的篇章結(jié)構(gòu)進(jìn)行了整體規(guī)劃，提出了劃分為模型篇、分析篇和設(shè)計(jì)篇的基本思想，并準(zhǔn)備添加典型裝備案例。在編寫過程中，張教授親力親為，完成了第1、2、3、16、17章的編寫任務(wù)，并負(fù)責(zé)全書的統(tǒng)稿。不幸的是，2012年張教授罹患癌癥。在和病魔抗?fàn)幍倪^程中，他依然沒有放棄本書的編寫工作，精益求精，力求完美。如今，張教授已溘然仙逝。其余的編者只能化悲痛為力量，盡全力完成張教授的嘔心瀝血之作。其中宮二玲完成了第5、7、8、10、11、12、15、18章及附錄的編寫工作，沈輝完成了第4、6、9、13、14章的編寫工作。還要特別感謝國防科技大學(xué)自動控制原理課程組的謝紅衛(wèi)教授、張明教授、韋慶教授、張輝教授、李興瑋副教授、孫志強(qiáng)講師、白圣建講師等同事的指導(dǎo)和幫助，以及“新世紀(jì)電子信息與自動化系列課程改革教材”叢書主編鄒逢興教授的鼓勵與大力支持。

鑒于筆者水平有限，書中難免存在不妥和錯誤之處，懇請讀者批評指正。

總序
前言

第1章 導(dǎo)論 1
1.1 概述 2
1.1.1 自動控制簡史 2
1.1.2 自動控制的未來機(jī)遇與挑戰(zhàn) 4
1.2 自動控制的基本思想 5
1.2.1 自動控制的基本概念 5
1.2.2 開環(huán)控制系統(tǒng) 7
1.2.3 閉環(huán)控制系統(tǒng) 8
1.3 自動控制系統(tǒng)的類型 10
1.3.1 線性系統(tǒng)與非線性系統(tǒng) 10
1.3.2 定常系統(tǒng)與時(shí)變系統(tǒng) 11
1.3.3 連續(xù)系統(tǒng)與離散系統(tǒng) 11
1.3.4 單輸入單輸出（SISO）系統(tǒng)與
多輸入多輸出（MIMO）系統(tǒng) 12
1.4 自動控制系統(tǒng)性能的基本要求 12
1.5 循序漸進(jìn)實(shí)例—高炮隨動控制
系統(tǒng)簡介 13
1.5.1 火炮相關(guān)知識 13
1.5.2 高炮隨動控制系統(tǒng)簡介 15
習(xí)題一 16

模型篇

第2章 微分方程與傳遞函數(shù)模型 20
2.1 線性定常微分方程 21
2.1.1 線性定常微分方程的一般形式 21
2.1.2 線性疊加原理 21
2.1.3 建立線性定常微分方程的步驟 21
2.2 傳遞函數(shù) 21
2.2.1 傳遞函數(shù)的定義 22
2.2.2 關(guān)于傳遞函數(shù)的說明 22
2.2.3 基本環(huán)節(jié)及其傳遞函數(shù) 23
2.3 電氣系統(tǒng) 24
2.3.1 電路基本定律和常用電氣元件 24
2.3.2 電氣系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模舉例 26
2.4 機(jī)械系統(tǒng) 30
2.4.1 牛頓定律和常用機(jī)械元件 30
2.4.2 機(jī)械系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模舉例 34
2.5 相似系統(tǒng) 40
2.5.1 相似系統(tǒng)舉例 40
2.5.2 相似系統(tǒng)的優(yōu)勢 43
2.6 非線性系統(tǒng)的線性化 43
2.6.1 非線性系統(tǒng)的線性化方法 44
2.6.2 磁懸浮鋼球系統(tǒng)的線性化處理 44
2.7 模型誤差 45
2.8 用Matlab處理傳遞函數(shù) 46
2.8.1 傳遞函數(shù)的表示及形式轉(zhuǎn)換 46
2.8.2 傳遞函數(shù)的特征根及零極點(diǎn)分布圖 47
習(xí)題二 48
第3章 方框圖與信號流圖模型 52
3.1 方框圖模型 53
3.1.1 方框圖的基本組成單元與繪制步驟 53
3.1.2 方框圖的等效變換 56
3.2 信號流圖 60
3.2.1 信號流圖的概念與性質(zhì) 60
3.2.2 信號流圖代數(shù) 63
3.2.3 Mason增益公式及其應(yīng)用 64
3.3 利用Matlab函數(shù)或Simulink環(huán)境
進(jìn)行系統(tǒng)建模 67
3.3.1 利用Matlab函數(shù)進(jìn)行框圖化簡 67
3.3.2 利用Simulink環(huán)境進(jìn)行系統(tǒng)建模 70
習(xí)題三 71
第4章 控制系統(tǒng)的頻域模型 76
4.1 頻率特性的基本概念 77
4.1.1 引言 77
4.1.2 頻率特性的定義 78
4.2 頻率特性的表示方法 80
4.2.1 幅相頻率特性曲線 81
4.2.2 對數(shù)頻率特性曲線 82
4.2.3 對數(shù)幅相頻率特性曲線 84
4.3 典型環(huán)節(jié)的頻率特性 84
4.3.1 比例環(huán)節(jié) 84
4.3.2 慣性環(huán)節(jié) 85
4.3.3 積分環(huán)節(jié) 87
4.3.4 微分環(huán)節(jié) 88
4.3.5 振蕩環(huán)節(jié) 90
4.4 系統(tǒng)開環(huán)頻率特性的繪制 92
4.4.1 開環(huán)幅相頻率特性曲線的繪制 92
4.4.2 開環(huán)對數(shù)頻率特性曲線的繪制 96
4.4.3 頻率特性的測量 99
4.5 利用Matlab繪制頻率特性 100
習(xí)題四 103
第5章 差分方程與脈沖傳遞函數(shù)模型 105
5.1 離散時(shí)間系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 106
5.1.1 信號類型 106
5.1.2 離散時(shí)間系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 106
5.2 信號的采樣、保持及轉(zhuǎn)換 107
5.2.1 采樣過程 107
5.2.2 Nyquist-Shannon采樣定理 108
5.2.3 信號的保持 111
5.3 離散時(shí)間系統(tǒng)的差分方程模型 113
5.3.1 線性常系數(shù)差分方程 113
5.3.2 微分方程描述的差分化 113
5.4 線性常系數(shù)差分方程的求解 115
5.4.1 迭代法 115
5.4.2 Z變換法求解差分方程 115
5.5 離散時(shí)間系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)模型 116
5.5.1 脈沖傳遞函數(shù)的定義 116
5.5.2 串聯(lián)環(huán)節(jié)的脈沖傳遞函數(shù) 117
5.5.3 閉環(huán)系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù) 119
5.6 利用Matlab處理脈沖傳遞函數(shù) 122
5.6.1 脈沖傳遞函數(shù)在Matlab中的表示 122
5.6.2 連續(xù)控制系統(tǒng)與離散控制系統(tǒng)
之間的轉(zhuǎn)換 123
習(xí)題五 124
第6章 狀態(tài)空間模型 127
6.1 動態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述法 128
6.1.1 引言 128
6.1.2 系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型 130
6.1.3 狀態(tài)空間模型的建立 134
6.1.4 等價(jià)變換與特征值標(biāo)準(zhǔn)型 138
6.2 模型變換與實(shí)現(xiàn)問題 142
6.2.1 由微分方程模型轉(zhuǎn)換為狀態(tài)
空間模型 142
6.2.2 由狀態(tài)空間模型轉(zhuǎn)換為傳遞
函數(shù)模型 146
6.2.3 由傳遞函數(shù)模型轉(zhuǎn)換為狀態(tài)
空間模型 148
6.3 線性連續(xù)定常系統(tǒng)狀態(tài)方程的解 153
6.3.1 狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣 153
6.3.2 狀態(tài)方程的解析解 156
6.4 離散系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型 158
6.4.1 離散系統(tǒng)狀態(tài)方程模型 158
6.4.2 離散狀態(tài)方程的求解 162
習(xí)題六 164
第7章 高炮隨動控制系統(tǒng)模型 167
7.1 主要元部件的工作原理及數(shù)學(xué)模型 168
7.1.1 失調(diào)角檢測 168
7.1.2 信號轉(zhuǎn)換與處理 170
7.1.3 功率放大 170
7.1.4 執(zhí)行元件 171
7.1.5 轉(zhuǎn)速測量 174
7.1.6 轉(zhuǎn)動角加速度測量 175
7.2 系統(tǒng)的方框圖與傳遞函數(shù)模型 175
7.2.1 系統(tǒng)的方框圖模型 175
7.2.2 系統(tǒng)的傳遞函數(shù)模型 176
習(xí)題七 177

分析篇

第8章 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 180
8.1 穩(wěn)定性研究概述 181
8.1.1 穩(wěn)定性研究的歷史足跡 181
8.1.2 穩(wěn)定性的重要性 181
8.2 穩(wěn)定性概念 182
8.2.1 零狀態(tài)響應(yīng)和零輸入響應(yīng) 182
8.2.2 BIBO（外部）穩(wěn)定 185
8.2.3 漸近（內(nèi)部）穩(wěn)定 189
8.2.4 BIBO穩(wěn)定與漸近穩(wěn)定之間的關(guān)系 191
8.3 Routh-Hurwitz判據(jù)及其應(yīng)用 192
8.3.1 Routh-Hurwitz判據(jù)的用法 192
8.3.2 Routh-Hurwitz判據(jù)的應(yīng)用 194
8.4 基于根軌跡的穩(wěn)定性分析 196
8.4.1 根軌跡的概念 196
8.4.2 根軌跡的幅角條件和幅值條件 197
8.4.3 根軌跡的Matlab繪制、舉例
及解釋 198
8.4.4 幾種特殊情況的穩(wěn)定性分析舉例 201
8.5 Nyquist穩(wěn)定性判據(jù) 205
8.5.1 圍線映射與Cauchy
定理（幅角原理） 205
8.5.2 Nyquist穩(wěn)定性判據(jù)及其理解 207
8.5.3 Nyquist穩(wěn)定性判據(jù)的應(yīng)用 209
8.6 相對穩(wěn)定性 216
8.6.1 相對穩(wěn)定性的時(shí)域衡量方式 216
8.6.2 相對穩(wěn)定性的頻域衡量方式 217
8.6.3 相角/增益裕度的Matlab求解 220
8.6.4 關(guān)于相角裕度和增益裕度的
幾點(diǎn)說明 222
習(xí)題八 223
第9章 控制系統(tǒng)的瞬態(tài)性能分析 229
9.1 控制系統(tǒng)的時(shí)域瞬態(tài)性能分析 230
9.1.1 引言 230
9.1.2 時(shí)域瞬態(tài)性能指標(biāo)的定義 230
9.1.3 一階系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)分析 232
9.1.4 二階系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)分析 234
9.1.5 高階系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)分析 241
9.2 控制系統(tǒng)的頻域瞬態(tài)性能分析 246
9.2.1 頻域瞬態(tài)性能指標(biāo)的定義 246
9.2.2 應(yīng)用頻率特性計(jì)算二階欠阻尼系統(tǒng)
的瞬態(tài)性能指標(biāo) 249
9.2.3 應(yīng)用頻率特性分析高階系統(tǒng)的
瞬態(tài)性能指標(biāo) 250
9.3 利用Matlab分析瞬態(tài)性能指標(biāo) 251
9.3.1 時(shí)間響應(yīng)分析 251
9.3.2 頻域性能分析 253
習(xí)題九 255
第10章 控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能分析 257
10.1 穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo) 258
10.1.1 穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo) 258
10.1.2 誤差和穩(wěn)態(tài)誤差的定義 258
10.2 穩(wěn)態(tài)誤差系數(shù) 259
10.3 干擾穩(wěn)態(tài)誤差 263
10.4 根軌跡方法分析穩(wěn)態(tài)誤差 266
10.5 頻率響應(yīng)方法分析穩(wěn)態(tài)誤差 268
10.6 減小穩(wěn)態(tài)誤差的方法 270
10.7 Matlab分析穩(wěn)態(tài)誤差 272
習(xí)題十 275
第11章 離散控制系統(tǒng)的性能分析 279
11.1 離散控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 280
11.1.1 穩(wěn)定性的定義 280
11.1.2 平面與 平面的映射關(guān)系 280
11.1.3 離散控制系統(tǒng)穩(wěn)定的代數(shù)判據(jù) 281
11.2 離散控制系統(tǒng)的瞬態(tài)性能分析 284
11.2.1 離散控制系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)及
性能指標(biāo) 284
11.2.2 閉環(huán)極點(diǎn)與系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)的關(guān)系 285
11.3 離散控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能分析 288
11.3.1 由終值定理計(jì)算穩(wěn)態(tài)誤差 288
11.3.2 以靜態(tài)誤差系數(shù)求穩(wěn)態(tài)誤差 289
11.3.3 以動態(tài)誤差系數(shù)求穩(wěn)態(tài)誤差 291
11.4 應(yīng)用Matlab分析離散控制系統(tǒng)
的性能 291
習(xí)題十一 296
第12章 高炮隨動控制系統(tǒng)的性能分析 299
12.1 高炮隨動控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 300
12.1.1 Routh-Hurwitz判據(jù)分析系統(tǒng)
穩(wěn)定性 300
12.1.2 根軌跡分析系統(tǒng)穩(wěn)定性 300
12.1.3 頻率響應(yīng)分析系統(tǒng)穩(wěn)定性 301
12.2 高炮隨動控制系統(tǒng)的瞬態(tài)性能 302
12.2.1 時(shí)域響應(yīng)分析系統(tǒng)瞬態(tài)性能 303
12.2.2 根軌跡分析系統(tǒng)瞬態(tài)性能 304
12.2.3 頻率響應(yīng)分析系統(tǒng)瞬態(tài)性能 305
12.3 高炮隨動控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能 306
12.3.1 時(shí)域響應(yīng)分析系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差 306
12.3.2 根軌跡分析系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差 307
12.3.3 頻率響應(yīng)分析系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差 307
習(xí)題十二 308

設(shè)計(jì)篇

第13章 控制系統(tǒng)的校正設(shè)計(jì) 310
13.1 校正的基本方式 311
13.2 常用的串聯(lián)校正網(wǎng)絡(luò)及其性質(zhì) 312
13.2.1 超前校正網(wǎng)絡(luò)的頻率特性
及其特點(diǎn) 312
13.2.2 滯后校正網(wǎng)絡(luò)的頻率特性
及其特點(diǎn) 313
13.3 串聯(lián)校正的頻率響應(yīng)綜合法 314
13.3.1 串聯(lián)超前校正的Bode設(shè)計(jì)方法 315
13.3.2 串聯(lián)滯后校正的Bode設(shè)計(jì)方法 320
13.4 串聯(lián)校正的根軌跡設(shè)計(jì)法 322
13.4.1 串聯(lián)超前校正的根軌跡設(shè)計(jì)方法 322
13.4.2 串聯(lián)滯后校正的根軌跡設(shè)計(jì)方法 325
13.5 利用Matlab進(jìn)行系統(tǒng)串聯(lián)校正設(shè)計(jì) 326
習(xí)題十三 333
第14章 狀態(tài)反饋控制器設(shè)計(jì) 336
14.1 引言 337
14.2 控制系統(tǒng)的能控性與能觀性 338
14.2.1 能控性與能觀性的基本概念 338
14.2.2 線性定常連續(xù)系統(tǒng)能控性的判據(jù) 340
14.2.3 線性定常連續(xù)系統(tǒng)能觀性的判據(jù) 343
14.3 狀態(tài)反饋控制器 345
14.4 引入狀態(tài)觀測器的狀態(tài)反饋系統(tǒng) 348
14.4.1 全維狀態(tài)觀測器 348
14.4.2 分離原理 350
14.5 利用Matlab進(jìn)行狀態(tài)反饋控制器設(shè)計(jì) 352
習(xí)題十四 356
第15章 離散控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 358
15.1 概述 359
15.2 數(shù)字控制器的模擬化設(shè)計(jì) 360
15.2.1 雙線性變換法 361
15.2.2 零極點(diǎn)匹配法 362
15.2.3 Z變換法 363
15.3 數(shù)字控制器的離散化設(shè)計(jì) 363
15.3.1 最少拍設(shè)計(jì)的原理 364
15.3.2 典型輸入信號的最少拍設(shè)計(jì) 365
15.3.3 無紋波最少拍系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 366
15.4 應(yīng)用Matlab進(jìn)行離散控制系統(tǒng)
的設(shè)計(jì) 368
習(xí)題十五 369
第16章 PID控制與魯棒控制 371
16.1 PID控制 372
16.1.1 PID控制的工作原理 372
16.1.2 Ziegler-Nichols整定公式 378
16.1.3 應(yīng)用Matlab進(jìn)行PID
控制器設(shè)計(jì) 381
16.1.4 PID控制算法的改進(jìn) 381
16.2 極點(diǎn)配置PID控制 383
16.2.1 帶有兩個(gè)實(shí)極點(diǎn)系統(tǒng)的極點(diǎn)配置
PID控制 383
16.2.2 一般二階系統(tǒng)的極點(diǎn)配置
PID控制 384
16.2.3 高階系統(tǒng)的極點(diǎn)配置PID控制 384
16.3 魯棒PID控制 386
16.3.1 魯棒PID控制器的設(shè)計(jì)要點(diǎn) 386
16.3.2 應(yīng)用Matlab進(jìn)行魯棒PID
控制設(shè)計(jì) 387
16.3.3 非線性系統(tǒng)的魯棒PID控制 388
習(xí)題十六 390
第17章 最優(yōu)控制 392
17.1 概述 393
17.1.1 問題提出 393
17.1.2 最優(yōu)控制的成功范例—
阿波羅登月飛船 395
17.1.3 實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制的難點(diǎn) 396
17.2 最優(yōu)控制問題 396
17.2.1 系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型 396
17.2.2 邊界條件與目標(biāo)集 396
17.2.3 容許控制集合 397
17.2.4 性能指標(biāo)函數(shù) 397
17.2.5 最優(yōu)控制問題的求解方法 398
17.3 控制變量無約束的最優(yōu)控制 398
17.3.1 控制變量無約束的最優(yōu)控制問題 398
17.3.2 固定時(shí)的最優(yōu)解 399
17.3.3 自由時(shí)的最優(yōu)解 402
17.4 二次型性能指標(biāo)的最優(yōu)控制 404
17.4.1 問題描述 404
17.4.2 有限時(shí)間狀態(tài)調(diào)節(jié)器 405
17.4.3 定常狀態(tài)調(diào)節(jié)器 408
17.4.4 輸出調(diào)節(jié)器 409
17.5 運(yùn)用Matlab設(shè)計(jì)最優(yōu)控制系統(tǒng) 410
習(xí)題十七 414
第18章 高炮隨動控制系統(tǒng)的改進(jìn) 415
18.1 新型高炮隨動控制系統(tǒng)的改進(jìn) 416
18.1.1 前饋校正 416
18.1.2 PI校正 416
18.2 改進(jìn)后高炮隨動控制系統(tǒng)的
性能分析 417
18.2.1 附加前饋和PI校正后的
系統(tǒng)框圖 417
18.2.2 附加前饋校正時(shí)系統(tǒng)的性能分析 417
18.2.3 附加PI校正時(shí)系統(tǒng)的性能分析 418
18.2.4 同時(shí)附加前饋和PI校正后的
系統(tǒng)性能分析 419
18.3 數(shù)字高炮隨動控制系統(tǒng)工作原理 420
18.3.1 數(shù)字式PID控制算法 420
18.3.2 數(shù)字式平方根控制算法 421
習(xí)題十八 422
附錄A Laplace變換 423
A.1 Laplace變換的定義及性質(zhì) 424
A.1.1 Laplace變換的定義 424
A.1.2 Laplace變換的性質(zhì) 424
A.2 重要的Laplace變換對 425
A.3 Laplace反變換方法 426
A.3.1 查表法 426
A.3.2 部分分式展開法 427
A.4 利用Matlab進(jìn)行Laplace正反變換 429
A.4.1 利用Matlab進(jìn)行Laplace正變換 429
A.4.2 利用Matlab進(jìn)行Laplace反變換 429
A.4.3 利用Matlab進(jìn)行部分分式展開 430
A.5 線性定常微分方程的Laplace
變換解法 430
A.5.1 應(yīng)用Laplace變換法求解線性
定常微分方程 430
A.5.2 利用Matlab求解線性定常
微分方程 431
附錄B Z變換 432
B.1 Z變換的定義及性質(zhì) 433
B.1.1 Z變換的定義 433
B.1.2 Z變換的性質(zhì) 434
B.2 Z變換的求法 434
B.2.1 級數(shù)求和法 434
B.2.2 部分分式法 435
B.2.3 常用函數(shù)的Z變換表 436
B.3 Z反變換的求法 436
B.3.1 冪級數(shù)法 437
B.3.2 部分分式法 437
B.4 利用Matlab進(jìn)行Z正反變換 438
B.4.1 利用Matlab進(jìn)行Z正變換 438
B.4.2 利用Matlab進(jìn)行Z反變換 439
B.5 Z變換法求解線性定常差分方程 440
附錄C 矩陣運(yùn)算 442
C.1 矩陣的概念及基本運(yùn)算 443
C.1.1 矩陣定義 443
C.1.2 矩陣基本運(yùn)算 444
C.1.3 相似矩陣與矩陣對角化 445
C.2 矩陣指數(shù)函數(shù) 447
C.2.1 定義與性質(zhì) 447
C.2.2 幾種計(jì)算方法 448
C.3 矩陣微分法 450
C.3.1 向量或者矩陣對于數(shù)量變量
的微分 450
C.3.2 數(shù)量函數(shù)對于向量的微分 451
C.3.3 向量函數(shù)對于向量的微分 451
參考文獻(xiàn) 453

1. 控制器件（第二版） [鄒逢興 主編]
2. 自動控制原理（第五版）同步輔導(dǎo)及習(xí)題全解 [主編 孟浩 劉東星]
3. 自動控制原理實(shí)踐教程 [彭學(xué)鋒 等編著]
4. 自動控制原理 [李明富 曾偉一 主編]
5. 自動控制原理 [林青云 主編]
6. 建筑智能化技術(shù) [謝莉 等編著]