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| 編輯推薦： |
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本书特色精简理论，突出核心本教材面向工科类和交叉学科类专业，在控制理论的系统性和完整性的前提下，去除复杂冗余的公式推导，对关键理论给出适当的证明，便于读者理解核心概念。内容全面，注重应用本教材涵盖经典控制理论和现代控制理论，全面介绍自动控制系统的数学建模、控制分析与设计方法等，同时提供典型应用示例，增强理论与实践的结合。实践导向，提升能力本教材提供例题分析和习题练习，结合MATLAB软件进行仿真与分析，可以帮助读者加深对理论知识的理解，提高读者分析问题与解决问题的能力。学习资源?教学课件?教学大纲?习题解答说明：上述学习资源可到清华大学出版社网站本书页面（或“电子信息教材事业部”微信公众号）下载。
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| 內容簡介： |
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本书系统论述自动控制理论的基础概念、基本原理、分析方法与设计技术。全书完整涵盖经典控制理论与现代控制理论的核心内容。全书共8章，依次介绍控制理论的发展历程，连续控制系统的数学模型、时域分析与设计、根轨迹法、频率法、状态空间法，离散控制系统的分析与设计，以及自动控制理论的综合应用设计。本书注重理论与实践结合，精简复杂公式推导，着重突出经典控制理论与现代控制理论的融合。书中引入MATLAB软件工具，辅助控制系统的分析与设计，帮助读者直观理解抽象概念、掌握系统设计方法。每章配有典型例题解析与习题，助力读者巩固理论知识、培养解决实际问题的能力。此外，本书配套提供教学课件、教学大纲与习题解答，不仅可作为工科类及交叉学科专业本科生、研究生的教材，还能为自动化领域的科研人员、工程技术人员提供实用参考。
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| 關於作者： |
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刘妹琴：西安交通大学二级教授，长江学者奖励计划特聘教授，创新团队项目负责人，科技部创新人才推进计划中青年科技创新领军人才，国家青年科学获得者（首批），国家重点研发计划首席科学家，中国自动化学会会士，中国自动化学会工业视觉专委会副主任。长期从事控制理论、人工智能、信息融合等方面的教学和科研工作。主讲“现代控制工程”“现代控制理论”“控制”等课程。主持20多项、省部级和国防项目。近五年，发表学术论文200余篇，出版学术专著2部、教材2部，获授权发明专利40余项。荣获浙江省科学技术奖二等奖3项、中国自动化学会自然科学奖一等奖1项，并荣获中国自动化学会第三届青年科学家奖。
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| 目錄：
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第1章绪论00
1.1控制理论发展概况00
1.1.1经典控制理论的产生和发展00
1.1.2现代控制理论的产生和发展00
1.1.3智能控制理论的产生和发展00
1.2自动控制系统的结构00
1.2.1开环控制系统00
1.2.2闭环控制系统00
1.2.3复合控制系统00
1.2.4反馈控制系统的组成和术语00
1.3自动控制系统分类00
1.3.1线性系统与非线性系统00
1.3.2连续系统与离散系统00
1.3.3定常系统与时变系统00
1.3.4单输入单输出系统与多输入多输出系统00
1.3.5恒值系统和随动系统00
1.4自动控制系统的基本要求00
1.4.1稳定性0
1.4.2暂态性能0
1.4.3稳态性能0
1.5自动控制系统的分析与设计工具0
1.6本书的内容安排0
本章小结0
习题10
第2章连续控制系统的数学模型0
2.1控制系统数学模型基本概念0
2.1.1数学模型的定义与主要类型0
2.1.2建立数学模型的方法0
2.2控制系统的微分方程0
2.3控制系统的传递函数0
2.3.1传递函数的定义以及表达式0
2.3.2典型环节的传递函数0
2.3.3系统方块图0
2.3.4信号流图与梅森公式0
2.4控制系统的状态空间模型0
2.4.1状态空间的基本概念0
2.4.2状态空间模型的建立0
2.4.3状态空间模型的图示形式0
2.5各种数学模型之间的关系0
2.5.1由微分方程或传递函数转化为状态空间模型0
2.5.2由状态空间模型求传递函数(矩阵)0
2.5.3由方块图求状态空间模型0
2.6数学模型的MATLAB描述0
2.6.1系统传递函数的MATLAB表示及转换0
2.6.2应用MATLAB简化系统方块图0
2.6.3基于MATLAB分析状态空间模型0
本章小结0
习题20
第3章连续控制系统的时域分析与设计0
3.1连续系统暂态性能分析0
3.1.1典型输入信号0
3.1.2暂态性能指标0
3.1.3一阶系统的暂态性能分析0
3.1.4典型二阶系统的暂态性能分析0
3.1.5高阶系统暂态性能近似分析0
3.2连续系统稳态性能分析0
3.2.1控制系统误差与稳态误差的定义0
3.2.2终值定理法0
3.2.3系统类型0
3.2.4误差系数法0
3.2.5扰动作用下的稳态误差分析0
3.3连续系统状态方程的求解与分析0
3.3.1定常齐次状态方程的解0
3.3.2状态转移矩阵
3.3.3定常系统的状态响应及输出响应
3.4连续控制系统的稳定性分析
3.4.1稳定性基本概念
3.4.2劳斯判据
3.4.3赫尔维茨稳定判据
3.4.4李雅普诺夫优质法
3.5连续控制系统的时域设计
3.6应用MATLAB进行连续控制系统时域分析与设计
3.6.1应用MATLAB分析系统稳定性
3.6.2应用MATLAB求解系统的阶跃响应
3.6.3应用MATLAB计算系统矩阵指数函数
3.6.4应用MATLAB计算系统状态响应与输出响应
本章小结
习题3
第4章连续控制系统的根轨迹法
4.1根轨迹的基本概念
4.1.1根轨迹的概念
4.1.2根轨迹方程
4.1.3闭环零点、极点和开环零点、极点之间的关系
4.2根轨迹的绘制方法
4.3广义根轨迹绘制
4.3.1参数根轨迹
4.3.2零度根轨迹
4.4基于根轨迹的系统性能分析
4.4.1开环极点对系统性能的影响
4.4.2开环零点对系统性能的影响
4.4.3开环增益K的选取
4.5基于根轨迹的系统校正装置设计
4.5.1超前校正设计
4.5.2滞后校正设计
4.5.3滞后超前校正设计
4.5.4PID控制器设计
4.6应用MATLAB进行基于根轨迹的控制系统分析和设计
4.6.1用MATLAB绘制根轨迹图
4.6.2用MATLAB对系统根轨迹分析及设计举例
本章小结
习题4
第5章连续控制系统的频率法
5.1频率特性
5.1.1频率特性的定义
5.1.2频率响应
5.1.3频率特性的几何表示
5.2奈奎斯特图
5.2.1典型环节的奈奎斯特图
5.2.2开环系统的奈奎斯特图
5.3伯德图
5.3.1典型环节的伯德图
5.3.2开环系统的伯德图
5.3.3由伯德图确定传递函数
5.4奈奎斯特稳定判据
5.4.1辐角原理
5.4.2奈奎斯特稳定判据
5.4.3奈奎斯特稳定判据的应用
5.5控制系统相对稳定性分析
5.5.1用奈奎斯特图表示相位裕度和幅值裕度
5.5.2用伯德图表示相位裕度和幅值裕度
5.6基于频率响应的校正装置设计
5.6.1频率指标与时域指标的关系
5.6.2超前校正设计
5.6.3滞后校正设计
5.6.4滞后超前校正设计
5.7应用MATLAB进行基于频率响应的控制系统分析和设计
本章小结
习题5
第6章连续控制系统的状态空间法
6.1连续系统的能控性与能观性分析
6.1.1系统能控性和能观性的直观示例
6.1.2连续系统能控性及其判据
6.1.3连续系统能观性及其判据
6.2连续系统的结构分解
6.2.1线性定常系统的能控规范型与能观规范型
6.2.2系统的结构分解
6.2.3能控性、能观性与传递函数(矩阵)的关系
6.3连续系统的状态反馈控制器设计
6.3.1状态反馈控制系统组成
6.3.2状态反馈控制系统极点任意配置的条件
6.3.3单输入系统极点配置算法
6.3.4状态反馈对系统能控性和能观性的影响
6.4连续系统的状态观测器设计
6.4.1状态重构与全维状态观测器
6.4.2降维状态观测器
6.4.3引入观测器的状态反馈控制系统
6.5应用MATLAB进行基于状态空间法的连续系统分析与设计
6.5.1系统能控性、能观性判别
6.5.2状态反馈极点配置
6.5.3状态观测器设计
本章小结
习题6
第7章离散控制系统分析与设计
7.1采样过程与采样定理
7.1.1采样过程及其数学描述
7.1.2保持器
7.1.3采样定理
7.2Z变换基础
7.2.1Z变换的定义
7.2.2Z变换的性质
7.2.3Z变换方法
7.2.4Z逆变换
7.3离散控制系统的数学描述及求解
7.3.1差分方程及其求解
7.3.2脉冲传递函数
7.3.3离散系统的状态空间模型
7.3.4脉冲传递函数与状态空间模型相互转化
7.4离散控制系统的频域与复频域分析与设计
7.4.1离散系统的稳定性分析
7.4.2基于Z域的分析与设计
7.4.3基于频域特性的分析与设计
7.5离散控制系统的状态空间分析与设计
7.5.1离散系统的时域分析
7.5.2离散系统的能控性与能观性分析
7.5.3离散系统的状态反馈控制
7.6连续系统与离散系统的关联与区别
7.6.1连续系统离散化的稳定性
7.6.2连续系统离散化的能控性和能观性
7.6.3数字控制系统分析与设计
7.7应用MATLAB进行离散系统分析与设计
7.7.1Z变换基础
7.7.2连续系统的离散化
7.7.3离散系统的时域分析
7.7.4离散系统的频域分析
本章小结
习题7
第8章自动控制理论的应用举例
8.1飞行控制系统的分析与设计
8.1.1副翼偏转对应滚转角系统的反馈设计
8.1.2方向舵对应偏航角系统的反馈设计
8.2水面无人艇运动控制系统的分析与设计
8.2.1无人艇运动模型的建立
8.2.2无人艇PID运动控制
8.3全自主双轮平衡车数学建模与控制系统设计
8.3.1双轮平衡车数学模型
8.3.2状态反馈控制器的设计
8.4倒立摆离散控制系统的分析与设计
8.4.1倒立摆系统的数学模型
8.4.2系统的特性分析
8.4.3状态反馈控制器设计
本章小结
参考文献
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| 內容試閱：
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自动控制理论是控制科学研究的关键理论基础，集控制技术、信息技术、人工智能技术 等于一体，在工业制造、智慧交通、航空航天等领域有着广泛的应用，已经成为工科类和交叉 学科类专业本科生和研究生的必修课程。
本书面向工科类和交叉学科类专业的特点，力求在控制理论系统性和完整性的前
提下，去除复杂多余的公式推导，对关键理论给出适当的证明，突出重点，使内容条理清晰，
逻辑严谨。在介绍重要理论知识时，引入了现在使用较为广泛的控制系统分析与设计软
件———MATLAB，使学习者可以将抽象理论与直观效果联系起来，提高学习效率。
全书共8章。第1章概述控制理论的发展历程，分析了常见自动控制系统的结构、分类
和要求等;第2章较为全面地介绍了连续控制系统的主要数学模型，如微分方程、传递函
数、状态空间模型，以及这些数学模型之间的相互关系;第3章在时域下对连续控制系统进
行了暂态性能、稳态性能等方面的分析，介绍了如何根据性能指标设计具体的控制方法;第
4章介绍了常规根轨迹和广义根轨迹的绘制方法，并讨论了基于根轨迹的性能分析和控制
系统校正方法;第5章介绍了频率特性方法，着重介绍了奈奎斯特图、伯德图的绘制方法以
及利用它们对系统频率特性分析的手段，并介绍了如何利用频域法进行控制系统的校正和
控制器的设计;第6章讨论了连续控制系统的状态空间法，阐述了状态空间模型的重要理
论，如能控性、能观性、线性变换与结构分解、状态反馈控制器与状态观测器的设计等;第7
章将连续控制系统分析与设计的方法推广到了离散控制系统，介绍了采样过程、Z 变换理
论、离散系统的数学描述及求解等;第8章讲解了自动控制理论在不同领域的应用示例，详
细地阐释了实际应用中4个典型的控制系统的运动建模过程，并用书中介绍的方法实现系
统的自动控制及综合分析。
本书立足于自动控制的基础概念与理论，较为全面地介绍了自动控制系统的基本概念、
理论基础、控制分析与设计方法等，突出了经典控制理论与现代控制理论的重点内容;同时
提供了例题分析和习题练习，帮助学习者加深对理论知识的理解，提高分析问题与解决问题
的能力，有利于学习者掌握和发展控制理论与应用技术。因此，本书不仅可以作为工科类和
交叉学科类专业本科生、研究生的教材，还可以为从事相关领域工作的科研人员、工程技术
人员等提供参考。
在本书完成之际，非常感谢郑南宁院士在百忙之中，认真仔细地审阅了全书，提出了建 设性的宝贵意见;同时对参与本书撰写的卢 、姜辉、施沁汝、石晓博等表示感谢。本书在 编写过程中，参阅了国内外许多学者的有关教材和著作，在此一并表示感谢。
对于书中存在的不妥之处，恳请广大读者批评指正。
编 者
2025年6月
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