随着人工智能等新一代信息技术的不断发展，自动化技术逐步深入社会的方方面面，工程专业领域到处会发现;自动化甚至;智能化的影子。因此，承载自动化技术的;控制工程基础自然而然地成为非信息类专业学生必须学习和掌握的一门必修课程。然而，对于以物理学类、数学类和力学类为前续课程的专业学生来讲，他们对电工电子类课程内容掌握的深度不够，学习控制理论和方法存在较大的难度。因此，编写一本通俗易懂、简单易学的控制工程基础教材是本书的一个基本立足点和出发点。针对上述需求，课程团队分析和研究了非信息类专业学生的特点，以控制系统建模及分析方法为主线，重构了经典控制理论知识逻辑框架，重塑每章基本内容。除了绪论（第1章），本书先后介绍了控制系统建模方法（第2、3章）、控制系统稳定性分析方法（第4章）、控制系统瞬态质量和稳态精度分析方法（第5、6章）、控制系统频域校正（第7章）、控制系统实例（第8章）。本书内容强调方法而非理论，侧重工程应用而非理论证明。基于该编写方法，本书能够引导学生快速学习并掌握控制系统建模及动稳态性能分析方法，为后续相关专业课程的学习打下坚实基础。本书由朱文兴和吴皓共同编写。其中，朱文兴编写第1章和第4～8章，吴皓编写第2、3章。编著者在多年讲授;自动控制原理等课程基础上，结合主持的科研项目案例精心组织编写了本书。书中除了机械和电气工程类案例，还采用了部分智能交通领域的控制系统实例，使原本抽象的理论贴近于实际应用，变得通俗易懂，帮助读者快速理解并掌握控制工程基础知识，提高学习效率。本书采用数字化新形态教材形式，配有重要知识点的教学视频，以及章节习题及期末考试模拟题，并在慕课平台上线，供所有自主学习者使用。本书嵌入了二维码，读者在阅读和使用本书时，利用手机扫码，可即时观看教学视频，明晰知识原理，方便快速理解和掌握知识难点。同时，编著者还将具有深刻教育意义的工程项目案例、著名人物故事等通过超链接形式向外部资源库延伸，供读者学习和体会其中蕴含的工程伦理、生活哲理和人生道理。本书的编写参考了其他同类书中的经典习题、常用典型例题和工程案例，在此向相关作者表示感谢。另外，本书的编写得到了博士生宋涛和公元、硕士生庄云龙等多位研究生的大力协助，在此一并表示感谢。因编著者水平所限，书中难免出现各种错误和疏漏，敬请各位读者批评指正。

编著者

本书遵循教指委相关指导文件和高等院校学生学习规律编写而成。践行四新理念，融入思政元素，注重理论与实践相结合。

本书以解决控制工程实际问题的理论方法为主线，重点介绍控制系统建模、分析及校正方法等基础内容。全书共8章，主要内容包括绪论、控制系统数学建模、控制系统频域建模、控制系统稳定性分析、控制系统瞬态质量分析、控制系统稳态精度分析、控制系统频域校正、控制系统实例和附录。本书可作为智慧交通、智慧化工、智能感知、电子信息、机械工程、软件工程以及计算机等专业的教材，也可作为部分跨学科攻读控制工程学科的研究生的参考读物。本书采用数字化新形态教材形式，配有重要知识点的教学视频，读者可以扫描书中的二维码进行观看，首次使用本书二维码的方法请见封底相关说明。本书还配有PPT课件和部分习题参考答案，采用本书作为教材的教师可以登录www.cmpedu.com注册后免费下载。

前言第1章绪论11.1控制理论及其发展21.1.1控制论概述21.1.2控制理论发展历程31.1.3控制论的新特点41.2系统及其术语51.3控制系统分类71.3.1按系统结构的特征来划分71.3.2按给定信号的特征划分121.3.3按系统的数学描述划分121.3.4按信号传递的连续性划分141.3.5按输入与输出信号的数量划分141.4控制系统分析与设计151.4.1控制系统要求151.4.2系统分析与系统设计16课后习题17第2章控制系统数学建模182.1引言192.2系统微分方程建立方法192.2.1常用微分方程建立步骤192.2.2系统建模举例202.2.3线性系统微分方程一般特征232.2.4复杂系统微分方程建立步骤232.3线性系统传递函数242.3.1传递函数定义242.3.2传递函数求法252.3.3传递函数性质262.3.4传递函数微观结构262.4典型环节传递函数282.5系统结构图312.5.1结构图定义及组成312.5.2结构图建立方法322.5.3结构图基本连接形式332.5.4结构图简化与等效变换352.5.5闭环系统常用传递函数382.6信号流图与梅森公式392.6.1信号流图基本概念402.6.2信号流图建立方法422.6.3梅森公式43课后习题46第3章控制系统频域建模513.1频率特性的基本概念523.1.1频率特性的定义523.1.2频率特性的几何描述543.2典型环节的频率特性553.3控制系统的开环频率特性613.3.1开环极坐标图613.3.2开环伯德图653.3.3最小相位系统与非最小相位系统683.4数学模型的实验确定方法69课后习题73第4章控制系统稳定性分析754.1稳定性的概念及定义764.2线性系统的稳定性条件794.3线性系统代数稳定性判据804.3.1系统稳定的必要条件804.3.2劳斯判据814.3.3劳斯判据的两种特殊情况824.3.4劳斯判据在系统分析中的应用844.4频率特性稳定判据854.4.1辐角定理及其应用864.4.2奈奎斯特稳定判据874.4.3伯德图上的稳定性判据924.5稳定裕度95课后习题98第5章控制系统瞬态质量分析1005.1典型输入信号与时域性能指标1015.1.1典型输入信号1015.1.2控制系统的时域性能指标1035.2一阶系统时域分析1045.2.1一阶系统的单位阶跃响应1055.2.2一阶系统的单位脉冲响应1065.2.3一阶系统的单位斜坡响应1065.3二阶系统的时域分析1075.3.1二阶系统的数学模型1075.3.2二阶系统的闭环极点1085.3.3二阶系统的单位阶跃响应1095.3.4欠阻尼二阶系统的动态性能指标计算1115.3.5二阶系统的单位脉冲响应1145.3.6二阶系统的单位斜坡响应1165.4高阶系统的时域分析1165.4.1高阶系统的单位阶跃响应1165.4.2闭环零、极点对系统性能的影响1175.4.3闭环主导极点1185.5系统瞬态特性的频域分析1195.5.1系统暂态性能与开环频率特性的关系1195.5.2开环频率特性的高频段对系统性能的影响1215.5.3系统性能的闭环频率特性分析121课后习题123第6章控制系统稳态精度分析1256.1误差的基本概念1266.1.1误差与偏差1266.1.2误差的计算与稳态误差1276.2给定作用下的稳态误差计算1286.2.1不同控制信号作用对系统稳态误差的影响1286.2.2不同的系统结构对稳态误差的影响1296.2.3对数幅频特性上的稳态误差计算1316.3动态误差系数1336.3.1动态误差系数的定义1336.3.2动态误差系数的求法1346.4扰动作用下的稳态误差计算1346.5提高系统控制精度的措施1356.5.1减小系统稳态误差的方法1356.5.2提高系统控制精度的其他措施138课后习题138第7章控制系统频域校正1417.1基本概念1427.1.1校正的定义1427.1.2性能指标的提法1427.1.3常用校正方法1437.1.4PID控制方法1447.1.5校正方法1457.2校正装置及其特性1467.2.1无源超前校正网络1467.2.2PD控制器1477.2.3无源滞后校正网络1477.2.4PI控制器1487.2.5无源滞后?超前校正网络1487.2.6PID控制器1497.3频率法串联校正1497.3.1串联超前校正1497.3.2串联滞后校正1527.3.3串联无源滞后?超前校正1567.4反馈校正法1567.5复合校正法1597.5.1按扰动补偿的复合校正1597.5.2按给定补偿的复合校正161课后习题162第8章控制系统实例1648.1引言1658.2跟车控制系统1658.2.1跟车控制系统概述1658.2.2跟车系统原理1668.2.3实验验证1718.3边界控制系统1728.3.1城市区域宏观基本图拟合分析1728.3.2边界反馈控制策略1768.3.3实验验证1788.4本章小结181课后习题181附录拉普拉斯变换及逆变换182参考文献189