《自動控製原理》（第二版）共分九章。第一章概述自動控製係統的基本概念以及發展的歷程；第二章較為全麵地描述控製係統各單元的微分方程、傳遞函數、方塊圖、狀態空間等形式不一的數學模型和模型之間的關係；第三章討論如何獲取控製係統的時域迴應和時域性能指標，著重分析二階係統的特點；第四章說明係統的穩定性與穩態誤差；第五章與第六章分別給齣根軌跡與頻率特性兩種圖解分析方法；第七章則將連續時間控製係統分析與綜閤的方法推廣應用到線性離散時間控製係統；第八章闡述基於狀態空間模型的線性係統理論基礎；第九章簡單介紹非線性係統的基本概念、相平麵分析法與描述函數法的基本知識。
本書立足自動控製的基礎理論與概念，注意到知識的完整性與係統性。因此，不僅可作為自動化類、電氣類、電子資訊類相關專業本科生、研究生相應課程的教材，而且還可以作為廣大從事自動控製人員教學、科研的參考書。
具體描述
著者信息
孫優賢
浙江大學控製係，教授、院士，從1965年起，孫優賢院士長期工作在教學科研一線，曾長期擔任“自動控製原理”、“控製工程”及“線性係統理論”等本科生及研究生課程的主講教師，培養瞭一大批自動化人纔。目前參與編著本書的幾位作者，都是目前活躍在教學一線的浙江大學控製科學與工程係的教授與副教授，近十年來承擔瞭對浙江大學本科三年級學生及浙大寧波理工學院的三年級學生的授課任務，具有豐富的教學經驗，近五年總授課上韆學時。
從教幾十年來，孫優賢院士已經培養瞭一大批自動化專門人纔。除瞭教學以外，他長期以來主要從事複雜工業過程的建模、控製與優化的研究工作。近年來承擔瞭國傢自然科學基金重點專案“複雜工業過程的建模、控製與優化”；負責國傢計委的211工程建設專案“綜閤自動化係統理論與方法”；負責國傢重點學科（控製理論與控製工程）建設專案“複雜工程係統的建模、控製與優化”等等。曾獲省部級科技進步一等獎3次，二等獎6次，三等獎多次，國傢科技進步三等、二等獎各1次。
另外，孫優賢院士是2000年全國優秀博士論文導師，1993年被評為“全國教育係統勞動模範”，1997年被評為“全國優秀科技工作者”，是浙江大學控製科學與工程一級學科的學科帶頭人。
浙江大學控製係，教授、院士，從1965年起，孫優賢院士長期工作在教學科研一線，曾長期擔任“自動控製原理”、“控製工程”及“線性係統理論”等本科生及研究生課程的主講教師，培養瞭一大批自動化人纔。目前參與編著本書的幾位作者，都是目前活躍在教學一線的浙江大學控製科學與工程係的教授與副教授，近十年來承擔瞭對浙江大學本科三年級學生及浙大寧波理工學院的三年級學生的授課任務，具有豐富的教學經驗，近五年總授課上韆學時。
從教幾十年來，孫優賢院士已經培養瞭一大批自動化專門人纔。除瞭教學以外，他長期以來主要從事複雜工業過程的建模、控製與優化的研究工作。近年來承擔瞭國傢自然科學基金重點專案“複雜工業過程的建模、控製與優化”；負責國傢計委的211工程建設專案“綜閤自動化係統理論與方法”；負責國傢重點學科（控製理論與控製工程）建設專案“複雜工程係統的建模、控製與優化”等等。曾獲省部級科技進步一等獎3次，二等獎6次，三等獎多次，國傢科技進步三等、二等獎各1次。
另外，孫優賢院士是2000年全國優秀博士論文導師，1993年被評為“全國教育係統勞動模範”，1997年被評為“全國優秀科技工作者”，是浙江大學控製科學與工程一級學科的學科帶頭人。
圖書目錄
第一章 概述
第一節 自動控製係統的基本概念001
第二節 自動控製係統的基本結構形式003
一、開環控製係統003
二、閉環控製係統004
三、開環與閉環控製係統的比較005
第三節 自動控製係統的分類007
一、按控製係統的結構分類007
二、按係統給定信號的特徵分類007
三、按係統傳輸信號的性質分類008
四、按係統的輸入輸齣信號的數量分類008
五、按係統的數學描述分類009
六、按係統的參數是否隨時間變化分類009
第四節 對自動控製係統的基本要求010
一、穩定性010
二、瞬態性能010
三、穩態誤差010
第五節 自動控製理論的發展概況011
一、早期的自動控製係統011
二、經典控製理論011
三、現代控製理論012
四、大係統控製理論與智慧控製理論012
第六節 本書的主要內容及結構體係013
習題一013
第二章 連續時間控製係統的數學模型
第一節 列寫動態係統的微分方程016
一、幾個典型的例子016
二、微分方程模型及相似係統022
三、動態係統建模舉例024
第二節 狀態及狀態空間模型027
一、狀態空間的基本概念027
二、狀態空間模型的建立028
三、關於狀態空間模型的說明034
第三節 特殊環節的建模及處理035
一、純滯後035
二、分佈參數036
三、積分037
四、高階038
五、非線性環節的線性化處理039
第四節 控製係統中其他環節的數學模型041
一、控製器的數學模型042
二、測量元件的數學模型043
三、執行機構的數學模型044
第五節 傳遞函數與方塊圖045
一、基本概念045
二、關於傳遞函數的討論046
三、係統方塊圖048
第六節 信號流圖與梅遜公式057
一、信號流圖的基本構成058
二、信號流圖的繪製058
三、梅遜增益公式059
第七節 各種數學模型間的關係061
一、由微分方程轉換為狀態方程061
二、由狀態空間運算式求傳遞函數064
三、狀態變換和狀態變換中特徵值的不變性065
四、由傳遞函數求狀態空間運算式067
五、由方塊圖求係統狀態空間運算式071
本章小結072
習題二072
第三章 連續時間控製係統的時域分析
第一節 概述079
一、概述079
二、典型輸入信號079
第二節 微分方程的經典求解方法081
一、係統的穩態迴應求解081
二、微分方程的暫態迴應求解083
三、暫態迴應的時間常數085
第三節 微分方程的拉氏變換求解方法085
第四節 控製係統的性能指標及時域分析088
一、控製係統的時域性能指標088
二、控製係統的時域分析091
第五節 高階係統的暫態迴應099
一、高階係統的階躍迴應099
二、高階係統的閉環主導極點100
第六節 常規控製器及其對係統的影響101
一、常規控製器的控製規律101
二、控製器參數對控製過程的影響103
三、測量滯後對控製過程的影響105
第七節 狀態方程的求解與分析105
一、線性定常齊次狀態方程的解106
二、狀態轉移矩陣107
三、線性定常狀態方程的解111
四、狀態空間模型下的係統輸齣迴應113
第八節 被控物件的實驗建模114
一、常用的實驗測試方法115
二、輸入測試信號115
三、實驗測試資料的處理116
本章小結118
習題三118
第四章 連續時間控製係統的穩定性與穩態誤差
第一節 勞斯穩定判據123
一、穩定性123
二、勞斯判據124
三、勞斯判據的應用129
四、赫爾維茨判據130
第二節 迴饋控製係統的穩態誤差131
一、穩態誤差131
二、迴饋控製係統的“型”132
三、穩態誤差係數136
第三節 等效單位負反饋係統140
本章小結140
習題四141
第五章 根軌跡分析法
第一節 概述143
一、根軌跡概念143
二、閉環零、極點和開環零、極點之間的關係145
三、根軌跡方程146
第二節 根軌跡的繪製方法147
第三節 廣義根軌跡159
一、參數根軌跡160
二、零度根軌跡161
三、純滯後係統的根軌跡163
第四節 基於根軌跡的係統性能分析166
一、開環極點對係統性能的影響166
二、開環零點對係統性能的影響168
三、增益K的選取169
第五節 基於根軌跡的係統補償器設計170
一、超前補償器的設計170
二、滯後補償器的設計173
三、PID控製器的設計174
本章小結175
習題五175
第六章 頻率特性分析法
第一節 概述179
第二節 頻率特性及其圖示法181
一、頻率特性的定義181
二、頻率特性的圖示法182
第三節 開環係統典型環節分解和頻率特性麯線的繪製183
一、開環係統典型環節分解183
二、典型環節的幅相麯線繪製184
三、係統的開環幅相麯線繪製188
四、典型環節Bode圖的繪製195
五、開環對數頻率特性麯線繪製199
六、由頻域實驗確定係統傳遞函數203
第四節 奈奎斯特(Nyquist)穩定性判據205
一、Nyquist穩定性判據205
二、Nyquist穩定性判據的應用210
三、穩定裕度212
第五節 基於頻率迴應的補償器設計215
一、頻域指標與時域指標的關係215
二、超前補償器的設計217
三、滯後補償器的設計220
本章小結223
習題六223
第七章 線性離散時間控製係統分析與綜閤
第一節 採樣過程與採樣定理227
一、採樣過程的數學描述227
二、採樣信號的頻譜分析229
三、採樣定理230
四、採樣信號的複現230
第二節 Z變換基礎232
一、Z變換232
二、Z變換的幾個性質234
三、Z反變換234
四、改進Z變換236
五、Z變換的局限性239
第三節 線性離散係統的數學描述及求解239
一、差分方程及其求解239
二、脈衝傳遞函數241
三、離散係統的狀態空間模型249
第四節 離散係統的分析與設計259
一、離散係統的穩定性259
二、基於z域的分析與設計265
三、基於頻率特性的分析與設計269
第五節 數位控製係統簡介270
一、基於連續係統的分析與設計270
二、基於離散係統的分析與設計272
第六節 網路控製係統簡介276
本章小結277
習題七277
第八章 線性定常係統的狀態空間分析法
第一節 線性定常連續係統的能控性和能觀性283
一、直觀理解283
二、能控性定義和能觀性定義285
三、能控性判別286
四、能觀性判別292
五、對偶原理294
第二節 線性定常連續係統的線性變換與結構分解295
一、非奇異線性變換295
二、狀態空間的幾種標準型式296
三、結構分解298
四、狀態空間描述與傳遞函數描述的關係303
第三節 線性定常連續係統的狀態迴饋控製305
一、狀態迴饋控製的基本概念305
二、閉環線性係統的能控性與能觀性306
三、狀態迴饋極點配置307
四、狀態迴饋鎮定314
第四節 最優控製316
一、最優控製概述316
二、線性係統二次型最優控製問題317
三、狀態調節器319
第五節 線性定常連續係統的狀態觀測器321
一、狀態觀測器321
二、降維狀態觀測器324
三、狀態觀測迴饋係統（分離定理）326
第六節 線性定常離散係統的狀態空間分析法328
一、離散係統的能控性328
二、離散係統的能觀性329
三、連續係統與離散係統的關聯與區別330
四、連續動態係統離散化後的能控性與能觀性331
第七節 內模控製器設計332
本章小結334
習題八334
第九章 非線性係統分析
第一節 控製係統中的典型非線性特性339
一、典型非線性特性339
二、非線性控製係統的特殊性341
三、非線性控製係統的分析方法341
第二節 相平麵法342
一、相平麵的基本概念342
二、相軌跡的性質343
三、相軌跡的繪製343
四、二階線性係統的相軌跡345
五、非線性係統的相軌跡347
六、由相軌跡求時間解347
七、相平麵分析348
第三節 描述函數法352
一、描述函數的概念352
二、典型非線性特性的描述函數353
三、描述函數分析法357
第四節 李雅普諾夫穩定性分析363
一、自治係統及其平衡狀態363
二、李雅普諾夫穩定性定義364
三、李雅普諾夫穩定性的間接判別法366
四、李雅普諾夫穩定性的直接判別法368
五、線性連續定常係統的李雅普諾夫穩定性分析371
六、離散係統的李雅普諾夫穩定性分析373
本章小結374
習題九374
附錄 拉普拉斯變換
參考文獻
第一節 自動控製係統的基本概念001
第二節 自動控製係統的基本結構形式003
一、開環控製係統003
二、閉環控製係統004
三、開環與閉環控製係統的比較005
第三節 自動控製係統的分類007
一、按控製係統的結構分類007
二、按係統給定信號的特徵分類007
三、按係統傳輸信號的性質分類008
四、按係統的輸入輸齣信號的數量分類008
五、按係統的數學描述分類009
六、按係統的參數是否隨時間變化分類009
第四節 對自動控製係統的基本要求010
一、穩定性010
二、瞬態性能010
三、穩態誤差010
第五節 自動控製理論的發展概況011
一、早期的自動控製係統011
二、經典控製理論011
三、現代控製理論012
四、大係統控製理論與智慧控製理論012
第六節 本書的主要內容及結構體係013
習題一013
第二章 連續時間控製係統的數學模型
第一節 列寫動態係統的微分方程016
一、幾個典型的例子016
二、微分方程模型及相似係統022
三、動態係統建模舉例024
第二節 狀態及狀態空間模型027
一、狀態空間的基本概念027
二、狀態空間模型的建立028
三、關於狀態空間模型的說明034
第三節 特殊環節的建模及處理035
一、純滯後035
二、分佈參數036
三、積分037
四、高階038
五、非線性環節的線性化處理039
第四節 控製係統中其他環節的數學模型041
一、控製器的數學模型042
二、測量元件的數學模型043
三、執行機構的數學模型044
第五節 傳遞函數與方塊圖045
一、基本概念045
二、關於傳遞函數的討論046
三、係統方塊圖048
第六節 信號流圖與梅遜公式057
一、信號流圖的基本構成058
二、信號流圖的繪製058
三、梅遜增益公式059
第七節 各種數學模型間的關係061
一、由微分方程轉換為狀態方程061
二、由狀態空間運算式求傳遞函數064
三、狀態變換和狀態變換中特徵值的不變性065
四、由傳遞函數求狀態空間運算式067
五、由方塊圖求係統狀態空間運算式071
本章小結072
習題二072
第三章 連續時間控製係統的時域分析
第一節 概述079
一、概述079
二、典型輸入信號079
第二節 微分方程的經典求解方法081
一、係統的穩態迴應求解081
二、微分方程的暫態迴應求解083
三、暫態迴應的時間常數085
第三節 微分方程的拉氏變換求解方法085
第四節 控製係統的性能指標及時域分析088
一、控製係統的時域性能指標088
二、控製係統的時域分析091
第五節 高階係統的暫態迴應099
一、高階係統的階躍迴應099
二、高階係統的閉環主導極點100
第六節 常規控製器及其對係統的影響101
一、常規控製器的控製規律101
二、控製器參數對控製過程的影響103
三、測量滯後對控製過程的影響105
第七節 狀態方程的求解與分析105
一、線性定常齊次狀態方程的解106
二、狀態轉移矩陣107
三、線性定常狀態方程的解111
四、狀態空間模型下的係統輸齣迴應113
第八節 被控物件的實驗建模114
一、常用的實驗測試方法115
二、輸入測試信號115
三、實驗測試資料的處理116
本章小結118
習題三118
第四章 連續時間控製係統的穩定性與穩態誤差
第一節 勞斯穩定判據123
一、穩定性123
二、勞斯判據124
三、勞斯判據的應用129
四、赫爾維茨判據130
第二節 迴饋控製係統的穩態誤差131
一、穩態誤差131
二、迴饋控製係統的“型”132
三、穩態誤差係數136
第三節 等效單位負反饋係統140
本章小結140
習題四141
第五章 根軌跡分析法
第一節 概述143
一、根軌跡概念143
二、閉環零、極點和開環零、極點之間的關係145
三、根軌跡方程146
第二節 根軌跡的繪製方法147
第三節 廣義根軌跡159
一、參數根軌跡160
二、零度根軌跡161
三、純滯後係統的根軌跡163
第四節 基於根軌跡的係統性能分析166
一、開環極點對係統性能的影響166
二、開環零點對係統性能的影響168
三、增益K的選取169
第五節 基於根軌跡的係統補償器設計170
一、超前補償器的設計170
二、滯後補償器的設計173
三、PID控製器的設計174
本章小結175
習題五175
第六章 頻率特性分析法
第一節 概述179
第二節 頻率特性及其圖示法181
一、頻率特性的定義181
二、頻率特性的圖示法182
第三節 開環係統典型環節分解和頻率特性麯線的繪製183
一、開環係統典型環節分解183
二、典型環節的幅相麯線繪製184
三、係統的開環幅相麯線繪製188
四、典型環節Bode圖的繪製195
五、開環對數頻率特性麯線繪製199
六、由頻域實驗確定係統傳遞函數203
第四節 奈奎斯特(Nyquist)穩定性判據205
一、Nyquist穩定性判據205
二、Nyquist穩定性判據的應用210
三、穩定裕度212
第五節 基於頻率迴應的補償器設計215
一、頻域指標與時域指標的關係215
二、超前補償器的設計217
三、滯後補償器的設計220
本章小結223
習題六223
第七章 線性離散時間控製係統分析與綜閤
第一節 採樣過程與採樣定理227
一、採樣過程的數學描述227
二、採樣信號的頻譜分析229
三、採樣定理230
四、採樣信號的複現230
第二節 Z變換基礎232
一、Z變換232
二、Z變換的幾個性質234
三、Z反變換234
四、改進Z變換236
五、Z變換的局限性239
第三節 線性離散係統的數學描述及求解239
一、差分方程及其求解239
二、脈衝傳遞函數241
三、離散係統的狀態空間模型249
第四節 離散係統的分析與設計259
一、離散係統的穩定性259
二、基於z域的分析與設計265
三、基於頻率特性的分析與設計269
第五節 數位控製係統簡介270
一、基於連續係統的分析與設計270
二、基於離散係統的分析與設計272
第六節 網路控製係統簡介276
本章小結277
習題七277
第八章 線性定常係統的狀態空間分析法
第一節 線性定常連續係統的能控性和能觀性283
一、直觀理解283
二、能控性定義和能觀性定義285
三、能控性判別286
四、能觀性判別292
五、對偶原理294
第二節 線性定常連續係統的線性變換與結構分解295
一、非奇異線性變換295
二、狀態空間的幾種標準型式296
三、結構分解298
四、狀態空間描述與傳遞函數描述的關係303
第三節 線性定常連續係統的狀態迴饋控製305
一、狀態迴饋控製的基本概念305
二、閉環線性係統的能控性與能觀性306
三、狀態迴饋極點配置307
四、狀態迴饋鎮定314
第四節 最優控製316
一、最優控製概述316
二、線性係統二次型最優控製問題317
三、狀態調節器319
第五節 線性定常連續係統的狀態觀測器321
一、狀態觀測器321
二、降維狀態觀測器324
三、狀態觀測迴饋係統（分離定理）326
第六節 線性定常離散係統的狀態空間分析法328
一、離散係統的能控性328
二、離散係統的能觀性329
三、連續係統與離散係統的關聯與區別330
四、連續動態係統離散化後的能控性與能觀性331
第七節 內模控製器設計332
本章小結334
習題八334
第九章 非線性係統分析
第一節 控製係統中的典型非線性特性339
一、典型非線性特性339
二、非線性控製係統的特殊性341
三、非線性控製係統的分析方法341
第二節 相平麵法342
一、相平麵的基本概念342
二、相軌跡的性質343
三、相軌跡的繪製343
四、二階線性係統的相軌跡345
五、非線性係統的相軌跡347
六、由相軌跡求時間解347
七、相平麵分析348
第三節 描述函數法352
一、描述函數的概念352
二、典型非線性特性的描述函數353
三、描述函數分析法357
第四節 李雅普諾夫穩定性分析363
一、自治係統及其平衡狀態363
二、李雅普諾夫穩定性定義364
三、李雅普諾夫穩定性的間接判別法366
四、李雅普諾夫穩定性的直接判別法368
五、線性連續定常係統的李雅普諾夫穩定性分析371
六、離散係統的李雅普諾夫穩定性分析373
本章小結374
習題九374
附錄 拉普拉斯變換
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