本书是在2017年出版的“十四五”职业教育国家规划教材《自动控制原理与系统第4版》的基础上进行更新和修订的。全书分为两篇，第1篇为自动控制原理，内容包括系统数学模型的建立、分析系统性能的常用方法、系统性能分析、改善系统性能的途径以及MATLAB/SIMULINK系统仿真在实际系统分析中的应用。第2篇为自动控制系统，内容包括直流调速系统（直流相控调速系统和直流脉宽调速系统）、交流调速系统、位置随动系统和自动控制系统的分析、调试及维护维修。

第5版修订时，仍然保持原书获得好评的特色，以自动控制原理作为分析工具，以自动控制系统作为分析对象，围绕系统性能分析和改善系统性能途径，重点讲解系统结构、关键部件、系统参数确定、仿真与调试，注重理论联系实际，并精简不必需的理论概念和部分直流调速系统内容，强化理论对实践的指导，增加实际操作内容。

全书章后设有小结、思考题与习题，它们多为生产实际中的问题。书中还安排了较多的阅读材料、实例分析和读图练习，以利于学生的自学、分析和实践能力的提高。书中各种控制系统的实例及仿真分析可用于对学生相关实践环节的指导，也可供工程技术人员参考。

本书可作为应用型本科、高职高专院校的电气自动化技术、机电一体化技术等电类专业教材。

本书第1版获第二届全国高校机电类优秀教材一等奖；第2版获机械工业部科技进步三等奖；第3版被评为普通高等教育“十一五”国家级规划教材，2007年度普通高等教育国家精品教材；第4版被评为“十四五”职业教育国家规划教材、“十三五”职业教育国家规划教材。

为方便教学，本书配备教学指导等教学资源，凡选用本书作为授课教材的教师，均可登录机械工业出版社教育服务网（www.cmpedu.com）免费下载。如有问题请致电01088379375联系营销人员。

前言

第1篇自动控制原理

第1章自动控制系统概述2

11引言2

12开环控制和闭环控制4

121开环控制系统4

122闭环控制系统5

13自动控制系统的组成6

14自动控制系统的分类10

141按输入量变化的规律分类10

142按系统传输信号对时间的关系

分类11

143按系统的输出量和输入量间的

关系分类11

144按系统中的参数对时间的变化

情况分类11

15自动控制系统的性能指标12

151系统的稳定性12

152系统的稳态性能指标12

153系统的动态性能指标13

16研究自动控制系统的方法14

小结15

思考题15

习题15

第2章拉普拉斯变换及其应用18

21拉氏变换的概念18

22拉氏变换的运算定理21

23拉氏反变换22

24应用拉氏变换求解微分方程23

小结24

习题24

第3章自动控制系统的数学模型25

31系统的微分方程25

311系统微分方程的建立26

312微分方程建立举例26

32传递函数28

321传递函数的定义28

322传递函数的一般表达式28

323传递函数的性质29

33系统框图29

34典型环节的传递函数和功能框30

341比例环节31

342积分环节32

343理想微分环节34

344惯性环节35

345比例微分环节37

346振荡环节37

347延迟环节39

348运算放大器41

35自动控制系统的框图42

351系统框图的画法42

352系统框图的物理含义43

36框图的变换、化简和系统闭环传递

函数的求取43

361框图的等效变换规则44

362自动控制系统闭环传递函数的

求取48

363交叉反馈系统框图的化简及其

闭环传递函数的求取49

小结49

思考题51

习题52

第4章分析自动控制系统性能常用的

方法54

41时域分析法55

42频率特性法58

421频率特性的基本概念58

422频率特性的表示方式60

423典型环节的对数频率特性63

424系统的开环对数频率特性68

*425系统的闭环频率特性73

43MATLAB软件在系统性能分析中的

应用75

431MATLAB中的数值表示、变量

命名、基本运算符和表达式75

432应用MATLAB进行数值运算76

433应用MATLAB绘制二维图线77

434应用MATLAB处理传递函数的

变换78

435应用MATLAB求取输出量对

时间的响应79

436SIMULINK及其应用80

小结84

思考题87

习题87

第5章自动控制系统的性能分析89

51自动控制系统的稳定性分析89

511系统稳定性概念89

512系统稳定的充要条件90

513对数频率稳定判据94

514稳定裕量与系统的相对稳定性94

515自动控制系统的稳定性分析

举例95

52自动控制系统的稳态性能分析101

521系统稳态误差的概念102

522系统稳态误差与系统型别、

系统开环增益间的关系103

523系统稳态误差与输入信号间的

关系105

524由系统的开环对数频率特性分析

系统的稳态性能107

525自动控制系统稳态性能分析

举例108

53自动控制系统的动态性能分析111

531系统跟随动态指标的求取及

分析111

532跟随动态性能分析116

533系统动态性能与开环频率特性间

的关系117

54自动控制系统分析举例119

小结120

思考题122

习题123

第6章自动控制系统的校正（改善

系统性能的途径）125

61校正装置125

62串联校正127

621比例（P）校正127

622比例微分（PD）校正（相位

超前校正）129

623比例积分（PI）校正（相位

滞后校正）131

624比例积分微分（PID）校正

（相位滞后超前校正）135

63反馈校正139

64顺馈补偿143

641扰动顺馈补偿144

642输入顺馈补偿145

643顺馈补偿应用举例146

*65频率特性校正与仿真147

小结152

思考题153

习题153第2篇自动控制系统

第7章直流调速系统156

71转速负反馈直流调速系统156

711转速负反馈直流调速系统的

组成156

712转速负反馈直流调速系统的系统

框图160

713转速负反馈直流调速系统的自动

调节过程160

714转速负反馈直流调速系统的性能

分析162

72转速、电流双闭环直流调速系统164

721转速、电流双闭环直流调速系统的

组成164

722转速、电流双闭环直流调速系统的

系统框图166

723转速、电流双闭环直流调速系统的

工作原理和自动调节过程168

724转速、电流双闭环直流调速系统的

性能分析169

725转速、电流双闭环直流调速系统的

优点171

726给定积分器的应用171

*727调节器的实用电路(阅读

材料)171

728转速、电流双闭环数字式直流

调速系统173

73直流脉宽调速系统176

731直流脉宽调制电路177

732直流脉宽调速系统180

733直流脉宽调速系统实例182

74直流调速系统仿真185

小结187

思考题189

习题190

读图练习190

第8章交流调速系统194

81交流调速系统概述194

82变频调速的基本控制方式和机械

特性195

821基频以下的恒磁通调速196

822基频以上的恒压变频调速198

823基频以下和基频以上的配合

控制198

83变压变频装置及其基本控制方式199

831交直交变压变频器199

832交交变压变频器200

833电压源型和电流源型变压变频

装置200

84SPWM变压变频器200

841SPWM变压变频器基本原理201

842SPWM变压变频的实现202

85转速开环变压变频调速系统203

86转速闭环转差频率控制的变压变频

调速系统204

861转差频率控制的基本思想205

862转速闭环转差频率控制的变压变频

调速系统的组成及控制原理206

87异步电动机矢量控制调速系统207

871异步电动机矢量控制的概念和

基本思想207

872异步电动机矢量控制系统的

组成209

873矢量控制变频调速系统的

实现210

88异步电动机直接转矩控制调速

系统211

881直接转矩控制系统的基本

思想211

882直接转矩控制系统的组成212

883直接转矩控制变频调速系统的

实现212

884直接转矩控制与矢量控制的

比较213

89通用变频器214

891通用变频器的基本结构214

892通用变频器的控制方式216

893通用变频器的附加功能和通用

变频器的保护216

894通用变频器的使用217

810异步电动机变频调速系统仿真219

811基于通用变频器的异步电动机调速

系统调试221

小结224

思考题225

习题225

读图练习225

第9章位置随动系统227

91位置随动系统概述227

911位置随动系统的组成227

912位置随动系统的特点228

92位置随动系统的主要部件228

921线位移检测元件(感应

同步器)228

922角位移检测元件230

923直流伺服电动机231

924交流伺服电动机233

93位置随动系统的组成和工作原理235

931位置随动系统的组成235

932位置随动系统的组成框图237

933位置随动系统的工作原理238

934位置随动系统框图239

94位置随动系统性能分析239

941系统稳态性能分析239

942系统稳定性分析240

943系统动态性能分析241

*95位置随动系统实例读图分析(阅读

材料)241

951系统的组成241

952专用集成控制芯片的工作原理242

953微机控制的、由L290/L291/L292

芯片组成的直流位置随动系统的

工作原理244

96位置随动系统仿真245

小结247

思考题248

习题248

读图练习248第10章自动控制系统的分析、

调试及维护维修251

101自动控制系统的分析步骤251

1011了解工作对象对系统的要求251

1012搞清系统各单元的工作原理252

1013搞清整个系统的工作原理254

102自动控制系统的调试步骤和方法254

1021系统调试前的准备工作254

1022制订调试大纲的原则255

1023系统的调试步骤255

1024自动控制系统的调试过程案例256

103自动控制系统的维护与维修258

1031自动控制系统的维护259

1032自动控制系统的维修261

小结264

思考题264

习题264

附录266

附录A常用文字符号266

附录B自动控制技术术语的中、 英名词

对照270

参考文献279