《自動控制原理》（第二版）共分九章。第一章概述自動控制系統(tǒng)的基本概念以及發(fā)展的歷程；第二章較為全面地描述控制系統(tǒng)各單元的微分方程、傳遞函數(shù)、方塊圖、狀態(tài)空間等形式不一的數(shù)學模型和模型之間的關(guān)系；第三章討論如何獲取控制系統(tǒng)的時域響應和時域性能指標，著重分析二階系統(tǒng)的特點；第四章說明系統(tǒng)的穩(wěn)定性與穩(wěn)態(tài)誤差；第五章與第六章分別給出根軌跡與頻率特性兩種圖解分析方法；第七章則將連續(xù)時間控制系統(tǒng)分析與綜合的方法推廣應用到線性離散時間控制系統(tǒng)；第八章闡述基于狀態(tài)空間模型的線性系統(tǒng)理論基礎(chǔ)；第九章簡單介紹非線性系統(tǒng)的基本概念、相平面分析法與描述函數(shù)法的基本知識。
本書立足自動控制的基礎(chǔ)理論與概念，注意到知識的完整性與系統(tǒng)性。因此，不僅可作為自動化類、電氣類、電子信息類相關(guān)專業(yè)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制人員教學、科研的參考書。
孫優(yōu)賢，浙江大學控制系，教授、院士，從1965年起，孫優(yōu)賢院士長期工作在教學科研一線，曾長期擔任“自動控制原理”、“控制工程”及“線性系統(tǒng)理論”等本科生及研究生課程的主講教師，培養(yǎng)了一大批自動化人才。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制科學與工程系的教授與副教授，近十年來承擔了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(jīng)驗，近五年總授課上千學時。
從教幾十年來，孫優(yōu)賢院士已經(jīng)培養(yǎng)了一大批自動化專門人才。除了教學以外，他長期以來主要從事復雜工業(yè)過程的建模、控制與優(yōu)化的研究工作。近年來承擔了國家自然科學基金重點項目“復雜工業(yè)過程的建模、控制與優(yōu)化”；負責國家計委的211工程建設項目“綜合自動化系統(tǒng)理論與方法”；負責國家重點學科（控制理論與控制工程）建設項目“復雜工程系統(tǒng)的建模、控制與優(yōu)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，國家科技進步三等、二等獎各1次。
另外，孫優(yōu)賢院士是2000年全國優(yōu)秀博士論文導師，1993年被評為“全國教育系統(tǒng)勞動模范”，1997年被評為“全國優(yōu)秀科技工作者”，是浙江大學控制科學與工程一級學科的學科帶頭人。
第一章概述
第一節(jié)自動控制系統(tǒng)的基本概念001
第二節(jié)自動控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)形式003
一、開環(huán)控制系統(tǒng)003
二、閉環(huán)控制系統(tǒng)004
三、開環(huán)與閉環(huán)控制系統(tǒng)的比較005
第三節(jié)自動控制系統(tǒng)的分類007
一、按控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分類007
二、按系統(tǒng)給定信號的特征分類007
三、按系統(tǒng)傳輸信號的性質(zhì)分類008
四、按系統(tǒng)的輸入輸出信號的數(shù)量分類008
五、按系統(tǒng)的數(shù)學描述分類009
六、按系統(tǒng)的參數(shù)是否隨時間變化分類009
第四節(jié)對自動控制系統(tǒng)的基本要求010
一、穩(wěn)定性010
二、瞬態(tài)性能010
三、穩(wěn)態(tài)誤差010
第五節(jié)自動控制理論的發(fā)展概況011
一、早期的自動控制系統(tǒng)011
二、經(jīng)典控制理論011
三、現(xiàn)代控制理論012
四、大系統(tǒng)控制理論與智能控制理論012
第六節(jié)本書的主要內(nèi)容及結(jié)構(gòu)體系013
習題一013
第二章連續(xù)時間控制系統(tǒng)的數(shù)學模型
第一節(jié)列寫動態(tài)系統(tǒng)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系統(tǒng)022
三、動態(tài)系統(tǒng)建模舉例024
第二節(jié)狀態(tài)及狀態(tài)空間模型027
一、狀態(tài)空間的基本概念027
二、狀態(tài)空間模型的建立028
三、關(guān)于狀態(tài)空間模型的說明034
第三節(jié)特殊環(huán)節(jié)的建模及處理035
一、純滯后035
二、分布參數(shù)036
三、積分037
四、高階038
五、非線性環(huán)節(jié)的線性化處理039
第四節(jié)控制系統(tǒng)中其他環(huán)節(jié)的數(shù)學模型041
一、控制器的數(shù)學模型042
二、測量元件的數(shù)學模型043
三、執(zhí)行機構(gòu)的數(shù)學模型044
第五節(jié)傳遞函數(shù)與方塊圖045
一、基本概念045
二、關(guān)于傳遞函數(shù)的討論046
三、系統(tǒng)方塊圖048
第六節(jié)信號流圖與梅遜公式057
一、信號流圖的基本構(gòu)成058
二、信號流圖的繪制058
三、梅遜增益公式059
第七節(jié)各種數(shù)學模型間的關(guān)系061
一、由微分方程轉(zhuǎn)換為狀態(tài)方程061
二、由狀態(tài)空間表達式求傳遞函數(shù)064
三、狀態(tài)變換和狀態(tài)變換中特征值的不變性065
四、由傳遞函數(shù)求狀態(tài)空間表達式067
五、由方塊圖求系統(tǒng)狀態(tài)空間表達式071
本章小結(jié)072
習題二072
第三章連續(xù)時間控制系統(tǒng)的時域分析
第一節(jié)概述079
一、概述079
二、典型輸入信號079
第二節(jié)微分方程的經(jīng)典求解方法081
一、系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)響應求解081
二、微分方程的暫態(tài)響應求解083
三、暫態(tài)響應的時間常數(shù)085
第三節(jié)微分方程的拉氏變換求解方法085
第四節(jié)控制系統(tǒng)的性能指標及時域分析088
一、控制系統(tǒng)的時域性能指標088
二、控制系統(tǒng)的時域分析091
第五節(jié)高階系統(tǒng)的暫態(tài)響應099
一、高階系統(tǒng)的階躍響應099
二、高階系統(tǒng)的閉環(huán)主導極點100
第六節(jié)常規(guī)控制器及其對系統(tǒng)的影響101
一、常規(guī)控制器的控制規(guī)律101
二、控制器參數(shù)對控制過程的影響103
三、測量滯后對控制過程的影響105
第七節(jié)狀態(tài)方程的求解與分析105
一、線性定常齊次狀態(tài)方程的解106
二、狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣107
三、線性定常狀態(tài)方程的解111
四、狀態(tài)空間模型下的系統(tǒng)輸出響應113
第八節(jié)被控對象的實驗建模114
一、常用的實驗測試方法115
二、輸入測試信號115
三、實驗測試數(shù)據(jù)的處理116
本章小結(jié)118
習題三118
第四章連續(xù)時間控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性與穩(wěn)態(tài)誤差
第一節(jié)勞斯穩(wěn)定判據(jù)123
一、穩(wěn)定性123
二、勞斯判據(jù)124
三、勞斯判據(jù)的應用129
四、赫爾維茨判據(jù)130
第二節(jié)反饋控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差131
一、穩(wěn)態(tài)誤差131
二、反饋控制系統(tǒng)的“型”132
三、穩(wěn)態(tài)誤差系數(shù)136
第三節(jié)等效單位負反饋系統(tǒng)140
本章小結(jié)140
習題四141
第五章根軌跡分析法
第一節(jié)概述143
一、根軌跡概念143
二、閉環(huán)零、極點和開環(huán)零、極點之間的關(guān)系145
三、根軌跡方程146
第二節(jié)根軌跡的繪制方法147
第三節(jié)廣義根軌跡159
一、參數(shù)根軌跡160
二、零度根軌跡161
三、純滯后系統(tǒng)的根軌跡163
第四節(jié)基于根軌跡的系統(tǒng)性能分析166
一、開環(huán)極點對系統(tǒng)性能的影響166
二、開環(huán)零點對系統(tǒng)性能的影響168
三、增益K的選取169
第五節(jié)基于根軌跡的系統(tǒng)補償器設計170
一、超前補償器的設計170
二、滯后補償器的設計173
三、PID控制器的設計174
本章小結(jié)175
習題五175
第六章頻率特性分析法
第一節(jié)概述179
第二節(jié)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(jié)開環(huán)系統(tǒng)典型環(huán)節(jié)分解和頻率特性曲線的繪制183
一、開環(huán)系統(tǒng)典型環(huán)節(jié)分解183
二、典型環(huán)節(jié)的幅相曲線繪制184
三、系統(tǒng)的開環(huán)幅相曲線繪制188
四、典型環(huán)節(jié)Bode圖的繪制195
五、開環(huán)對數(shù)頻率特性曲線繪制199
六、由頻域?qū)嶒灤_定系統(tǒng)傳遞函數(shù)203
第四節(jié)奈奎斯特(Nyquist)穩(wěn)定性判據(jù)205
一、Nyquist穩(wěn)定性判據(jù)205
二、Nyquist穩(wěn)定性判據(jù)的應用210
三、穩(wěn)定裕度212
第五節(jié)基于頻率響應的補償器設計215
一、頻域指標與時域指標的關(guān)系215
二、超前補償器的設計217
三、滯后補償器的設計220
本章小結(jié)223
習題六223
第七章線性離散時間控制系統(tǒng)分析與綜合
第一節(jié)采樣過程與采樣定理227
一、采樣過程的數(shù)學描述227
二、采樣信號的頻譜分析229
三、采樣定理230
四、采樣信號的復現(xiàn)230
第二節(jié)Z變換基礎(chǔ)232
一、Z變換232
二、Z變換的幾個性質(zhì)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(jié)線性離散系統(tǒng)的數(shù)學描述及求解239
一、差分方程及其求解239
二、脈沖傳遞函數(shù)241
三、離散系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型249
第四節(jié)離散系統(tǒng)的分析與設計259
一、離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性259
二、基于z域的分析與設計265
三、基于頻率特性的分析與設計269
第五節(jié)數(shù)字控制系統(tǒng)簡介270
一、基于連續(xù)系統(tǒng)的分析與設計270
二、基于離散系統(tǒng)的分析與設計272
第六節(jié)網(wǎng)絡控制系統(tǒng)簡介276
本章小結(jié)277
習題七277
第八章線性定常系統(tǒng)的狀態(tài)空間分析法
第一節(jié)線性定常連續(xù)系統(tǒng)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(jié)線性定常連續(xù)系統(tǒng)的線性變換與結(jié)構(gòu)分解295
一、非奇異線性變換295
二、狀態(tài)空間的幾種標準型式296
三、結(jié)構(gòu)分解298
四、狀態(tài)空間描述與傳遞函數(shù)描述的關(guān)系303
第三節(jié)線性定常連續(xù)系統(tǒng)的狀態(tài)反饋控制305
一、狀態(tài)反饋控制的基本概念305
二、閉環(huán)線性系統(tǒng)的能控性與能觀性306
三、狀態(tài)反饋極點配置307
四、狀態(tài)反饋鎮(zhèn)定314
第四節(jié)最優(yōu)控制316
一、最優(yōu)控制概述316
二、線性系統(tǒng)二次型最優(yōu)控制問題317
三、狀態(tài)調(diào)節(jié)器319
第五節(jié)線性定常連續(xù)系統(tǒng)的狀態(tài)觀測器321
一、狀態(tài)觀測器321
二、降維狀態(tài)觀測器324
三、狀態(tài)觀測反饋系統(tǒng)（分離定理）326
第六節(jié)線性定常離散系統(tǒng)的狀態(tài)空間分析法328
一、離散系統(tǒng)的能控性328
二、離散系統(tǒng)的能觀性329
三、連續(xù)系統(tǒng)與離散系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)與區(qū)別330
四、連續(xù)動態(tài)系統(tǒng)離散化后的能控性與能觀性331
第七節(jié)內(nèi)�？刂破髟O計332
本章小結(jié)334
習題八334
第九章非線性系統(tǒng)分析
第一節(jié)控制系統(tǒng)中的典型非線性特性339
一、典型非線性特性339
二、非線性控制系統(tǒng)的特殊性341
三、非線性控制系統(tǒng)的分析方法341
第二節(jié)相平面法342
一、相平面的基本概念342
二、相軌跡的性質(zhì)343
三、相軌跡的繪制343
四、二階線性系統(tǒng)的相軌跡345
五、非線性系統(tǒng)的相軌跡347
六、由相軌跡求時間解347
七、相平面分析348
第三節(jié)描述函數(shù)法352
一、描述函數(shù)的概念352
二、典型非線性特性的描述函數(shù)353
三、描述函數(shù)分析法357
第四節(jié)李雅普諾夫穩(wěn)定性分析363
一、自治系統(tǒng)及其平衡狀態(tài)363
二、李雅普諾夫穩(wěn)定性定義364
三、李雅普諾夫穩(wěn)定性的間接判別法366
四、李雅普諾夫穩(wěn)定性的直接判別法368
五、線性連續(xù)定常系統(tǒng)的李雅普諾夫穩(wěn)定性分析371
六、離散系統(tǒng)的李雅普諾夫穩(wěn)定性分析373
本章小結(jié)374
習題九374
附錄拉普拉斯變換
參考文獻
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