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编辑推荐

适读人群 ：本书可作为自动化类、电气工程类、电子信息类、仪器仪表类等相关专业的本科生教材，也可供从事控制理论与控制工程研究、设计和应用的科技工作者参考使用。
"本书从课程性质与目标定位、课程内容与教学要求、基本概念与核心概念、系统分析与综合等关键问题入手，探索融合启发式、探究式、讨论式等多样化的“教”与“学”的学习方式，融入了“新工科”和高等工程教育认证的若干内涵特征。
"

内容简介

本书是根据教育部高等学校自动化类专业“自动控制原理”课程教学大纲和高等工程教育认证标准的要求编写的。全书从高等工程教育对人才培养的新要求出发，讨论了经典控制理论的基本概念、基本原理和基本方法，尝试将“新工科”和高等工程教育认证的内涵特征融入控制系统建模、分析与综合，致力于培养学生的创新意识、实践动手能力和解决复杂工程问题的能力。全书共九章和两个附录。九章内容包括：绪论，线性控制系统的数学模型，控制系统的时域分析，根轨迹法，控制系统的频域分法，控制系统的校正与设计，非线性控制系统，离散控制系统和直流电动机控制系统分析与综合。两个附录包括： Matlab/Simulink在控制系统分析与综合中的应用实例，自动化领域重要学术期刊、会议及文献检索工具。本书可作为自动化类、电气工程类、电子信息类、仪器仪表类等相关专业的本科生教材，也可供从事控制理论与控制工程研究、设计和应用的科技工作者参考使用。

作者简介

"吴怀宇，男，1961年4月出生，工学博士，教授，博士生导师。现任武汉科技大学副校长。2007全国优秀教师，中国冶金建设高级技术专家，湖北省有突出贡献中青年专家。
现为教育部高等学校电子信息与电气学科教学指导委员会委员；教育部冶金自动化与检测技术工程研究中心负责人； 教育部国家精品课程评审人；国家自然科学基金评审人；美国电气与电子工程师学会会员(IEEE)；英国电气工程师学会会员(IEE) ；日本电子情报通信学会会员(IEICE)等。
目前主持国家自然科学基金1项、国际科技合作研究基金1项、教育部和湖北省研究基金各1项；主持省级教学研究课题2项；参加完成国家自然科学基金1项、863项目1项、985项目1项等；获省部级科技进步奖二等奖2项；教育部科技成果鉴定2项；湖北省自然科学优秀学术论文一等奖1项(2006)；武汉市自然科学优秀学术论文一等奖1项(2005)；国家发明专利4项，实用新型专利2项；专著1部《时间序列分析与综合》(2004)，参编教材1部《过程控制系统》共两章（2002年第一版，2007年第二版）；在IEEE Transactions on Robotics and Automation(2004.8)、IEEE/ASME Transactions on Mechatronics(2004.3)、IEICE Transactions on Electronics(2005.10)和Mechatronics(2006.1)等学术期刊上发表论文50余篇。SCI收录5篇，EI收录34篇，ISTP收录18篇。"

精彩书评

本书的zui大特点是融入了“新工科”和高等工程教育认证的若干内涵特征，内容设置上贴近工程，贴近实践，着力培养学生的实践能力。

目录

"1绪论(1)
1.1控制理论的形成与发展(1)
1.1.1自动控制理论阶段(2)
1.1.2现代控制理论阶段(6)
1.1.3智能控制理论阶段(6)
1.2自动控制系统的基本概念(9)
1.2.1手动控制与自动控制系统(9)
1.2.2自动控制系统的基本环节(12)
1.2.3自动控制系统的基本变量(13)
1.2.4开环控制系统(13)
1.2.5闭环控制系统(14)
1.2.6复合控制系统(15)
1.3自动控制系统性能的基本要求(16)
1.3.1稳定性(16)
1.3.2动态特性(18)
1.3.3静态特性(20)
1.4自动控制系统的分类(21)
1.4.1线性系统与非线性系统(21)
1.4.2连续系统与离散系统(22)
1.4.3恒值系统与随动系统(23)
1.4.4单变量系统与多变量系统(23)
1.4.5确定性系统与不确定性系统(23)
1.4.6集中参数系统与分布参数系统(23)
1.5教学内容与要求(23)
1.5.1教学内容(23)
1.5.2教学要求(24)
本章小结(25)
本章习题(25)
2线性控制系统的数学模型(26)
2.1微分方程描述法(26)
2.2传递函数描述法(31)
2.2.1传递函数的定义(31)
2.2.2传递函数的基本性质(31)
2.2.3典型环节的传递函数(32)
2.3方框图描述法(35)
2.3.1方框图的定义(35)
2.3.2方框图的等效变换(37)
2.4信号流图描述法(41)
2.4.1信号流图的定义与基本术语(42)
2.4.2信号流图的基本性质(42)
2.4.3信号流图的绘制(43)
2.4.4信号流图的梅森公式(44)
2.5控制系统的典型传递函数(45)
2.5.1系统的开环传递函数(45)
2.5.2系统的闭环传递函数(46)
2.5.3系统的误差传递函数(46)
本章小结(47)
本章习题(48)
自动控制原理(第三版)目录3控制系统的时域分析(52)
3.1典型输入信号(52)
3.2线性定常系统的时域响应与性能指标(53)
3.2.1线性定常系统的时域响应(53)
3.2.2控制系统时域响应的性能指标 (54)
3.3一阶系统的时域响应(55)
3.3.1一阶系统的单位阶跃响应(55)
3.3.2一阶系统的单位脉冲响应(56)
3.3.3线性定常系统的重要特性(56)
3.4二阶系统的时域响应(57)
3.4.1二阶系统的数学模型(57)
3.4.2二阶系统的单位阶跃响应(58)
3.4.3二阶系统的时域响应的性能指标(60)
3.4.4二阶系统的单位脉冲响应(66)
3.5高阶系统的时域响应(66)
3.5.1高阶系统单位阶跃响应(66)
3.5.2闭环主导极点(68)
3.6线性定常系统的稳定性(69)
3.6.1控制系统稳定性的概念与条件(69)
3.6.2线性定常系统稳定的充分必要条件(69)
3.6.3劳斯稳定判据(70)
3.6.4劳斯判据的特殊情况(71)
3.6.5赫尔维茨稳定判据 (73)
3.6.6稳定判据的应用(74)
3.6.7相对稳定性和稳定裕度(75)
3.7系统的稳态误差(76)
3.7.1误差及稳态误差的基本概念(76)
3.7.2系统稳态误差的计算(78)
3.7.3动态误差系数(82)
3.7.4改善系统稳态精度的途径(83)
本章小结(86)
本章习题(87)
4根轨迹法(90)
4.1根轨迹的基本概念(90)
4.2根轨迹方程(91)
4.3常规根轨迹绘制规则(93)
4.4广义根轨迹及其绘制(101)
4.4.1参数根轨迹(101)
4.4.2零度根轨迹(103)
4.5控制系统的根轨迹分析(106)
4.5.1基于根轨迹的系统稳定性分析(106)
4.5.2基于根轨迹的系统稳态性能分析(106)
4.5.3基于根轨迹的系统动态性能分析(107)
4.5.4增加开环零、极点对根轨迹的影响(108)
本章小结(109)
本章习题(109)
5控制系统的频域分析(111)
5.1频率特性的基本概念(111)
5.1.1线性系统的频率响应和频率特性(111)
5.1.2用图形表示频率特性(113)
5.2典型环节的频率特性(115)
5.2.1比例环节的频率特性(116)
5.2.2积分环节的频率特性(116)
5.2.3微分环节的频率特性(118)
5.2.4惯性环节和一阶微分环节的频率特性(119)
5.2.5振荡环节和二阶微分环节的频率特性(122)
5.2.6时滞环节的频率特性(126)
5.3系统开环频率特性(127)
5.3.1开环幅相频率特性曲线(127)
5.3.2开环对数频率特性曲线(133)
5.3.3最小相位系统和非最小相位系统(137)
5.4控制系统的频域稳定性判据(139)
5.4.1幅角原理(139)
5.4.2奈氏判据(140)
5.4.3奈氏判据在伯德图中的应用 (146)
5.5控制系统的相对稳定性(147)
5.5.1相位裕量(148)
5.5.2增益裕量(148)
5.5.3开环对数频率特性与相对稳定性的关系(150)
5.6控制系统的闭环频率特性(155)
5.6.1开环频率特性与闭环频率特性的关系(156)
5.6.2等M圆图和等N圆图(156)
5.6.3尼柯尔斯图线(159)
5.6.4非单位反馈系统的闭环频率特性(162)
5.7频域性能指标与时域性能指标的关系(162)
5.7.1开环频域指标和时域性能指标的关系(162)
5.7.2闭环频域指标与时域性能指标的关系(164)
本章小结(166)
本章习题(167)
6控制系统的校正与设计(169)
6.1控制系统校正的概念(169)
6.2常用校正装置及其特性(172)
6.2.1超前校正装置(172)
6.2.2滞后校正装置(173)
6.2.3滞后�渤�前校正装置(174)
6.2.4PID校正装置(175)
6.3采用频率法进行串联校正(178)
6.3.1超前校正设计(179)
6.3.2滞后校正设计(180)
6.3.3滞后�渤�前校正设计(182)
6.3.4按系统期望频率特性进行校正(184)
6.3.5PID校正(187)
6.4反馈校正及其参数确定(189)
本章小结(193)
本章习题(193)
7非线性控制系统(197)
7.1非线性系统概述(197)
7.1.1典型非线性特性(197)
7.1.2非线性系统的基本特征(199)
7.1.3非线性系统的分析方法及应用(201)
7.2描述函数法(202)
7.2.1描述函数法的基本概念(202)
7.2.2典型非线性特性的描述函数(203)
7.2.3用描述函数法分析非线性系统的稳定性(208)
7.3相平面法(211)
7.3.1相平面的基本概念(211)
7.3.2相轨迹的绘制(212)
7.3.3相平面分析(214)
本章小结(223)
本章习题(223)
8离散控制系统(226)
8.1离散系统的基本概念(226)
8.1.1离散控制系统(226)
8.1.2离散控制系统的特点(229)
8.1.3离散控制系统的研究方法(229)
8.2信号的采样与保持(229)
8.2.1采样过程及其数学描述(229)
8.2.2采样定理(231)
8.2.3信号的复现与零阶保持器(232)
8.2.4采样周期的选择(234)
8.3z变换理论(235)
8.3.1z变换的定义(235)
8.3.2z变换方法(236)
8.3.3z变换基本定理(240)
8.3.4z反变换(243)
8.4离散控制系统的数学模型(245)
8.4.1差分方程(246)
8.4.2脉冲传递函数(247)
8.4.3差分方程和脉冲传递函数的关系(256)
8.5离散控制系统的分析(257)
8.5.1离散控制系统的稳定性(257)
8.5.2离散控制系统的稳态误差(261)
8.5.3离散控制系统的动态性能分析(263)
本章小结(267)
本章习题(267)
9直流电动机控制系统分析与综合(270)
9.1直流电机简介(270)
9.2直流电动机模型及特性分析(271)
9.2.1直流电动机模型(271)
9.2.2直流电动机模型特性分析(272)
9.3直流电动机闭环控制系统的时域分析(274)
9.3.1基于调速模型讨论闭环控制与开环控制的优劣(274)
9.3.2基于位置模型讨论PID闭环控制(277)
9.4直流电动机闭环控制系统的频域分析(291)
9.5直流电动机位置与速度控制系统综合(293)
9.5.1直流电动机位置控制系统的根轨迹综合(293)
9.5.2直流电动机位置控制系统的频域综合(302)
9.6直流电动机离散控制系统分析(312)
9.7直流电动机离散控制系统综合(315)
9.7.1利用连续域离散化方法综合控制系统(315)
9.7.2利用最小拍设计方法综合控制系统(318)
9.8直流电动机非线性反馈控制系统综合(324)
9.8.1非线性速度反馈校正改善动态品质(324)
9.8.2前向通道加入非线性环节改善动态品质(326)
9.8.3用非线性切换方式改善滞后(PI)校正(328)
本章小结(329)
附录1Matlab/Simulink在控制系统分析与综合中的应用实例(330)
附录2自动化领域重要学术期刊、会议及文献检索工具(358)
参考文献(360) "

前言/序言

本书第二版自2012年8月出版以来，一直受到广大读者、兄弟院校师生的喜爱与关注。本书第三次修订，源于以下几个重要背景。其一，2010年6月，教育部试点实施“卓越工程师教育培养计划”（简称卓越计划），卓越计划具有企业深度参与培养过程，学校按照国家工程认证通用标准和行业标准培养工程人才，强化培养学生工程能力和创新能力的要求和特点。其二，2016年6月2日，在吉隆坡召开的国际工程联盟大会上，全票通过了我国加入《华盛顿协议》的转正申请。由此，我国成为第18个《华盛顿协议》正式成员。这标志着我国高等工程教育质量在国际上得到认可，加快了我国工程教育国际化步伐。今后，通过中国工程教育专业认证协会（CEEAA）认证的中国大陆工程专业本科学位将得到美、英、澳等所有该协议正式成员国的承认。其三，2017年2月18日，教育部在复旦大学召开“综合性高校工程教育发展战略研讨会”，第一次公开提出“新工科”概念，并发布了有关新工科的十点共识，即“复旦共识”，初步提出了新工科的内涵特征、新工科建设与发展的路径选择等内容。2017年4月18日，教育部在天津大学举行“工科优势高校新工科建设研讨会”，形成了“新工科建设行动路线图”，即“天大行动”。 2017年6月1日，清华大学召开工科发展研讨会，制定并启动“强化工科优势行动计划”。正是基于以上背景要求，《自动控制原理》第三次修订试图从课程性质与目标定位、课程内容与教学要求、基本概念与核心概念、系统分析与综合等关键问题入手，探索融合启发式、探究式、讨论式等多样化的“教”与“学”的学习方式，试图融入“新工科”和高等工程教育认证的若干内涵特征。例如，运用工程数学和工程科学原理识别、分析和表达典型控制系统问题；将数学、工程知识和现代计算工具应用于解决复杂控制系统问题，包括理论分析、设计实验与解释数据等；通过拓展复杂控制系统的分析与综合训练，着力培养学生自主学习、团队协作与沟通的意识和能力等。总之，希望通过本次修订，使《自动控制原理(第三版)》教材的内容更有助于培养学生的创新意识、实践动手能力和解决复杂工程问题的能力。本次主要修改和增补内容说明如下。在1.1节，增补了与自动控制技术发展相关的zui新科技进展；将第二版1.3节合并到1.2节中，便于读者更加系统和完整地理解自动控制系统基本组成；将第二版1.5节合并到1.3节中，并增加了有界输入、有界输出稳定和李雅普诺夫稳定性的定义，使读者易于系统地理解自动控制系统的基本要求。在2.3.2节，增补了比较点和引出点移动解决方案的说明，使读者易于理解和接受；在2.4节，增补了信号流图与方框图应用范围的比较，便于读者了解并熟悉信号流图与方框图的不同特点。在4.3节，重写了常规根轨迹绘制规则的内容；在4.5.2节，重写了基于根轨迹的系统稳态性能分析的内容。在5.3.3节，将开环对数幅频特性低频段特点与系统型别关系纳入到“开环对数频率特性曲线”这一节中，有助于读者全面地理解绘制过程及特性。将第二版6.2节调整到6.2.4节；考虑到利用根轨迹法进行校正在实际工程应用中很少涉及，删除了第二版6.5节根轨迹法串联校正。在7.3节，增补了相平面分析法的发展历程；在7.3.2节，增补了解析法和等倾斜线法的优点分析；在7.3.3节，增补了非线性系统相平面分析与线性系统相平面分析的不同特点。删除了第二版8.6节“zui少拍无差离散控制系统设计”部分。新增了第9章“直流电动机控制系统分析与综合”，借助Matlab/Simulink数值计算工具对典型直流电动机控制系统进行了仿真分析、设计、验证和比较，更有助于提高读者分析和解决复杂工程问题的综合能力。扩充了每一章的思考题和控制工程综合练习题。将原来分布在各章zui后一节的Matlab/Simulink软件工具在控制系统分析与综合中的应用实例集中于附录一，学习难度从入门到提高，便于读者循序渐进地学习和掌握。新增了附录二，介绍了自动化领域代表性的学术期刊、会议以及国际三大文献检索数据库，供读者查阅和参考。本书第三版由吴怀宇主编，参与本次修订的有湖南大学谭建豪，郑州大学曾庆山，三峡大学王仁明，长江大学朱清祥，武汉科技大学熊凌，河北工业大学张燕，广西大学胡立坤，中南民族大学张俊敏，武汉工程大学王后能，湖北工业大学常雨芳；武汉科技大学郑秀娟协助补充和校对了部分内容。需要特别指出的是，国家杰出青年基金获得者、武汉科技大学柴利教授，华北电力大学韩璞教授，江汉大学钱同惠教授、刘霞教授，中国地质大学贺良华教授，东华理工大学罗先喜教授及其他很多友人都给予了大力支持和热情帮助。此外，本书第三版内容中仍然包含第一版和第二版诸多参编者的辛勤劳动成果。在本书出版之际，请允许我向所有对于本书撰写、修改、出版与选用提供过帮助与支持的同志们表示衷心的感谢！本书修订得到了教育部“自动控制原理”国jia级精品资源共享课程（教高厅函［2016］54号）、第一批“十二五”普通高等教育本科国jia级规划教材（教高函［2012］21号）、“控制理论与应用核心课程”国家教学团队（教高函［2009］18号）和“自动控制原理”国jia级精品课程（教高函［2008］22号）等国家教学质量工程项目的资助，在此表示衷心的感谢！由于编者水平有限，书中难免有缺点与错误，恳请各界读者和广大师生进一步批评和建议。编者

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