本书从控制系统建模、分析和设计三方面比较全面地阐述了自动控制的基本理论和应用，主要包括自动控制的一般概念、自动控制系统的数学模型、时域分析法、根轨迹法、频域分析法、控制系统的校正、离散系统理论和非线性系统分析等内容。?由浅入深，循序渐进 遵循从建模、分析到设计，从连续系统到离散系统，从线性系统到非线性系统的思路由浅入深、循序渐进地编排各章节，便于读者全面理解和掌握自动控制的基本原理和方法。?内容丰富，实例典型 内容丰富，注重理论与工程应用相结合。提供了大量MATLAB仿真实例，有助于读者巩固理论知识，更好地用于解决实际问题。?例题新颖，举一反三 列举了丰富新颖的例题及习题，举一反三，便于读者深入地理解和掌握学习内容，拓展解题思维，培养解决问题的能力。?资源丰富，便于教学 提供全套的教学资料，便于师生教与学。

《自动控制原理（MATLAB版新形态版）》从控制系统建模、分析和设计三方面入手，比较全面地阐述了自动控制的基本理论和应用，主要内容包括自动控制的一般概念、自动控制系统的数学模型、时域分析法、根轨迹法、频域分析法、控制系统的校正、离散系统理论和非线性控制系统分析等内容。《自动控制原理（MATLAB版新形态版）》详细介绍了MATLAB仿真方法，并给出了大量的MATLAB仿真例题。此外，每章均配有适量习题，并根据习题的难易程度和综合性，将其分为自测题和基础题。本书为;纸数一体化设计，针对重点内容，配套制作了微课视频，通过扫描二维码即可实现同步在线学习。《自动控制原理（MATLAB版新形态版）》可作为高等工科院校自动化、电气、电子信息、仪器、机械、化工等专业本科生及研究生教材，亦可供从事自动控制类的各专业工程技术人员参考。

配套资源

第1章绪论

1.1引言

1.2自动控制的一般概念

1.3自动控制系统的组成

1.4自动控制系统的控制方式

1．4．1开环控制系统

1．4．2闭环控制系统

1．4．3复合控制系统

1.5自动控制系统实例

1．5．1加热炉温度控制系统

1．5．2导弹发射架方位控制系统

1．5．3神舟八号与天宫一号交会对接控制系统

1.6自动控制系统的分类

1．6．1按输入信号形式分类

1．6．2按传递信号类型分类

1．6．3按描述元件特性分类

1．6．4按系统参数特性分类

1.7对自动控制系统性能的基本要求

1．7．1稳定性

1．7．2快速性

1．7．3准确性

1.8习题

第2章控制系统的数学模型

2.1控制系统的微分方程

2．1．1控制系统微分方程的建立

2．1．2非线性微分方程的线性化

2．1．3微分方程的求解

2．1．4MATLAB实现

2.2控制系统的传递函数

2．2．1传递函数的定义和表达式

2．2．2传递函数的性质

2．2．3典型环节及其传递函数

2．2．4MATLAB实现

2.3控制系统的结构图

2．3．1结构图的定义和组成

2．3．2结构图的绘制

2．3．3结构图的简化

2．3．4MATLAB实现

2.4控制系统的信号流图

2．4．1信号流图的概念

2．4．2信号流图的绘制

2．4．3梅森增益公式

2.5典型反馈控制系统的传递函数

2．5．1系统的开环传递函数

2．5．2系统的闭环传递函数

2．5．3系统的误差传递函数

2.6习题

第3章控制系统的时域分析法

3.1时域分析基础

3．1．1典型输入信号

3．1．2动态过程与稳态过程

3．1．3时域性能指标

3.2一阶系统的动态性能分析

3．2．1一阶系统的数学模型

3．2．2一阶系统的时间响应

3．2．3一阶系统的重要特性

3．2．4MATLAB实现

3.3二阶系统的动态性能分析

3．3．1二阶系统的数学模型

3．3．2二阶系统的单位阶跃响应

3．3．3二阶系统的动态性能指标

3．3．4二阶系统性能的改善

3．3．5MATLAB实现

3.4高阶系统的动态性能分析

3．4．1高阶系统的数学模型

3．4．2高阶系统的单位阶跃响应

3．4．3高阶系统的分析方法

3．4．4MATLAB实现

3.5线性系统的稳定性分析

3．5．1稳定性的概念

3．5．2线性系统稳定的充分必要条件

3．5．3劳斯稳定判据

3．5．4MATLAB实现

3.6线性系统的稳态误差分析

3．6．1误差与稳态误差的定义

3．6．2控制系统的型别

3．6．3典型输入作用下的稳态误差

3．6．4扰动作用下的稳态误差

3．6．5MATLAB实现

3.7习题

第4章控制系统的根轨迹法

4.1根轨迹法的基本概念

4．1．1根轨迹的定义

4．1．2根轨迹方程

4.2绘制根轨迹

4．2．1绘制根轨迹的基本规则

4．2．2MATLAB实现

4.3广义根轨迹

4．3．1参数根轨迹

4．3．2零度根轨迹

4．3．3MATLAB实现

4.4系统性能的分析

4．4．1利用根轨迹分析系统性能

4．4．2开环零点、极点对系统性能的影响

4．4．3MATLAB实现

4.5习题

第5章控制系统的频域分析法

5.1频率特性的基本概念

5．1．1控制系统在正弦信号作用下的稳态响应

5．1．2频率特性

5．1．3频率特性的几何表示法

5．1．4MATLAB实现

5.2典型环节的频率特性

5．2．1比例环节

5．2．2积分环节

5．2．3微分环节

5．2．4惯性环节

5．2．5一阶微分环节

5．2．6振荡环节

5．2．7二阶微分环节

5．2．8延迟环节

5.3系统的开环频率特性

5．3．1开环幅相频率特性曲线

5．3．2开环对数频率特性曲线

5．3．3MATLAB实现

5.4频率稳定判据

5．4．1幅角原理

5．4．2奈奎斯特稳定判据

5．4．3对数频率稳定判据

5．4．4MATLAB实现

5.5稳定裕度

5．5．1相角裕度gamma;

5．5．2幅值裕度h

5．5．3MATLAB实现

5.6利用开环频率特性分析系统的性能

5．6．1低频段与系统稳态性能的关系

5．6．2中频段与系统动态性能的关系

5．6．3高频段与系统抗高频干扰能力的关系

5.7控制系统的闭环频率特性

5．7．1闭环频率特性的确定方法

5．7．2系统的闭环频域性能指标及其与时域指标的关系

5．7．3系统闭环频域指标和开环频域指标的关系

5．7．4MATLAB实现

5.8习题

第6章控制系统的校正

6.1系统校正设计基础

6．1．1性能指标

6．1．2校正方式

6．1．3基本控制规律

6.2常用校正装置及其特性

6．2．1超前校正装置

6．2．2滞后校正装置

6．2．3滞后超前校正装置

6.3串联校正

6．3．1频率法校正设计

6．3．2串联超前校正

6．3．3串联滞后校正

6．3．4串联滞后超前校正

6．3．5串联综合法校正

6．3．6MATLAB实现

6.4反馈校正

6．4．1反馈校正原理

6．4．2反馈校正的设计

6．4．3MATLAB实现

6.5复合校正

6．5．1按输入补偿的复合校正

6．5．2按扰动补偿的复合校正

6.6习题

第7章离散控制系统的分析与校正

7.1离散系统概述

7.2信号的采样与保持

7．2．1信号的采样

7．2．2信号的保持

7.3z变换

7．3．1z变换定义

7．3．2z变换方法

7．3．3z变换基本定理

7．3．4z反变换

7．3．5差分方程

7．3．6MATLAB实现

7.4脉冲传递函数

7．4．1脉冲传递函数的定义

7．4．2脉冲传递函数的求解

7．4．3脉冲传递函数与差分方程的相互转换

7．4．4开环系统脉冲传递函数

7．4．5闭环系统脉冲传递函数

7．4．6MATLAB实现

7.5离散系统的稳定性分析

7．5．1s平面到z平面的映射

7．5．2离散系统稳定的充分必要条件

7．5．3线性离散系统的稳定判据

7．5．4MATLAB实现

7.6离散系统的稳态误差分析

7．6．1离散系统的稳态误差

7．6．2离散系统的型别与静态误差系数

7．6．3MATLAB实现

7.7离散系统的动态性能分析

7．7．1离散系统闭环极点分布与瞬态响应的关系

7．7．2离散系统的时间响应

7．7．3MATLAB实现

7.8离散系统的数字校正

7．8．1数字控制器的脉冲传递函数

7．8．2最少拍系统的设计

7．8．3MATLAB实现

7.9习题

参考文献

随着科学技术的飞速发展，自动控制技术已广泛应用于各行各业。在控制技术需求推动下，控制理论也取得了显著进步。目前控制理论已经渗透到多个学科，不但在自然和工程学科领域，而且在社会学科领域也有广泛的应用，成为多个学科和领域的发展动力。很多高等院校都把控制理论列为工科和部分社会学科学生的必修课。作为现代工程技术人员和科学工作者，都应该具备一定的控制理论基础知识。

自动控制理论是研究自动控制共同规律的技术科学。本书从控制系统建模、分析和设计三方面入手，比较全面地阐述了自动控制的基本理论和应用，主要内容包括自动控制的一般概念、自动控制系统的数学模型、时域分析法、根轨迹法、频域分析法、控制系统的校正、离散系统理论和非线性控制系统分析等。

本书内容编排合理，按照先基础后应用、先理论后实践的方式，遵循从建模、分析到设计，从连续系统到离散系统，从线性系统到非线性系统的思路，由浅入深、循序渐进地编排各章节，便于读者更好地理解和掌握自动控制系统的数学概念、物理概念和工程概念。

本书在相关章节中详细介绍了MATLAB仿真方法，并给出了大量的MATLAB仿真例题，以帮助读者加深对基本概念的理解，培养计算机辅助分析和设计能力。此外，每章均配有适量习题，并根据习题的难易程度和综合性，将其分为自测题和基础题，以引导读者合理选择、有效学习。

结合新工科工程教育需求，本书突出强调自动控制理论课程的基础性及工程实践指导性，给出了较多实际工程案例，以培养读者的工程思维能力及解决实际工程问题的能力。

针对重点内容，本书配套制作了微课视频，通过扫描二维码即可实现同步在线学习。通过;纸数媒介的互补，充分展示本书内容，服务教学过程，有利于开展混合式教学，满足信息化和个性化的教学需要。由于篇幅限制，每章习题及第8章以电子资源的形式给出，可扫描目录上方的二维码获取。

配 套 资 源

 MATLAB程序代码、第8章PDF文档、每章习题等： 扫描目录上方的;配套资源二维码下载。

 教学课件、教学大纲(含课程思政)、电子教案、习题答案及每章小结等： 在清华大学出版社官方网站本书页面下载，或者扫描封底的;书圈二维码在公众号下载。

 微课视频(288分钟，49集)： 扫描相应章节中的二维码在线学习。

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本书由田茸主编，并对全书进行统稿。参加编写的有： 田茸［第1、3章(部分)； 第7、8章(部分)］，李虹(第2、5章)，戴瑞［第3章(部分)］，宋娟(第4、6章)，凌菁［第8章(部分)］。在本书编写过程中，宁夏大学汤全武教授在百忙之中提出了许多宝贵的建设性意见，宁夏大学杨国华教授审阅了部分章节并提出了指导性修改意见，在此表示衷心的感谢。

本书在编写过程中，参考了诸多文献资料，在此向文献资料的作者们表示感谢。

本书是宁夏高校专业类课程思政教材研究基地的研究成果之一，并获得了宁夏大学教材出版基金的资助。

由于编者水平有限，书中难免出现错误及不妥之处，恳请广大读者和同行批评指正。

编者2024年3月