本书面向应用型本科教学，从工程实际出发介绍自动控制的基本原理及应用方法。内容包括自动控制的基本概念、线性系统的数学模型、时域响应分析法、根轨迹分析法、频域分析法、控制系统的设计与校正、非线性系统分析、采样控制系统分析以及应用Matlab软件分析和设计控制系统。本书也是一本学习引导式教材，以学生认知和学习的思路为顺序编写，主要知识点前后插入思考题，引导读者在学习前思考和在学习后对知识进行引申，并配有大量习题，用于巩固和加强学习效果。
本书适合作为应用型本科院校自动化、电气工程及自动化、机电一体化等相关专业教学用书，也可供相关专业的研究生或从事自动化技术工作的技术人员参考。

前言
第1章 自动控制的基本概念
1.1 自动控制理论的发展和应用
1.1.1 自动控制理论的发展历程
1.1.2 自动控制应用实例
1.2 本课程的作用及特点
1.2.1 本课程的作用
1.2.2 本课程的特点
1.2.3 本课程知识的联系性
1.3 系统的基本控制方式
1.3.1 开环控制及特点
1.3.2 闭环控制及特点
1.3.3 补偿控制及特点
1.3.4 复合控制及特点
1.3.5 控制方式选择
1.4 自控系统的组成和术语
1.4.1 自控系统组成
1.4.2 自控系统的名词术语
1.5 控制系统的分类
1.5.1 按信号流向分类
1.5.2 按系统输入信号分类
1.5.3 按系统元器件特性分类
1.5.4 按系统参数特征分类
1.5.5 按变量函数特征分类
1.5.6 按输入输出量分类
1.6 对控制系统性能的基本要求
小结
习题
第2章 线性系统的数学模型
2.1 线性系统的微分方程
2.1.1 微分方程的建立
2.1.2 微分方程的一般表达式
2.2 非线性微分方程的线性化
2.3 线性定常系统的传递函数
2.3.1 传递函数的定义
2.3.2 传递函数的特点
2.3.3 典型环节及其传递函数
2.4 控制系统的结构图
2.4.1 结构图的组成
2.4.2 结构图的绘制
2.4.3 控制系统环节间的连接
2.4.4 结构图的等效变换和化简
2.5 用Matlab软件建立数学模型
2.5.1 传递函数
2.5.2 控制系统的建立
小结
习题
第3章 时域响应分析法
3.1 自动控制系统的典型输入信号
3.2 线性定常系统的时域响应
3.2.1 时域分析法
3.2.2 时域响应
3.2.3 时域响应的性能指标
3.3 线性定常系统的稳定性
3.3.1 稳定性概念
3.3.2 线性系统稳定的充要条件
3.3.3 劳斯判据
3.3.4 劳斯判据的应用
3.3.5 相对稳定性和稳定裕量
3.4 系统的稳态误差
3.4.1 误差
3.4.2 稳态误差
3.4.3 稳态误差ess的计算
3.4.4 改善系统稳态精度的途径
3.5 一阶系统的时域响应
3.5.1 数学模型
3.5.2 单位阶跃响应
3.5.3 性能指标计算
3.5.4 单位脉冲响应
3.6 二阶系统的时域响应
3.6.1 数学模型
3.6.2 单位阶跃响应
3.6.3 系统性能指标
3.6.4 单位脉冲响应
3.6.5 改善二阶系统性能的措施
3.7 高阶系统的暂态响应
3.7.1 高阶系统的传递函数
3.7.2 高阶系统的降阶
3.8 用Matlab进行时域响应分析
3.8.1 单位脉冲响应
3.8.2 单位阶跃响应
3.8.3 单位斜坡响应
3.8.4 性能指标
3.8.5 系统稳定性分析
小结
习题
第4章 根轨迹分析法
4.1 根轨迹的基本概念
4.2 绘制典型根轨迹
4.2.1 根轨迹方程
4.2.2 根轨迹绘制的基本规则
4.2.3 根轨迹绘制
4.3 根轨迹分析系统的性能
4.3.1 根轨迹与稳定性
4.3.2 引入开环零、极点对根轨迹的影响
4.3.3 使用根轨迹法确定主导极点
4.4 用Matlab进行根轨迹分析和校正
4.4.1 使用Matlab绘制根轨迹图
4.4.2 用Matlab进行根轨迹分析和校正
小结
习题
第5章 频域分析法
5.1 频率特性
5.1.1 频率特性的定义
5.1.2 频率特性的求取
5.1.3 频域性能指标
5.2 开环对数频率特性
5.2.1 对数坐标图
5.2.2 典型环节的频率特性
5.2.3 系统的开环对数频率特性
5.2.4 最小相位系统与非最小相位系统
5.3 系统开环极坐标图
5.3.1 极坐标图
5.3.2 系统开环极坐标图
5.4 奈氏稳定判据
5.4.1 奈氏曲线及映射
5.4.2 奈氏稳定判据一
5.4.3 奈氏稳定判据二
5.4.4 奈氏对数稳定判据
5.5 系统相对稳定性
5.5.1 增益裕量Kg
5.5.2 相角裕量γ
5.5.3 用幅相频率特性分析系统的稳定性
5.6 用频率特性分析系统品质
5.6.1 开环频率特性与时域响应的关系
5.6.2 闭环频域性能指标与时域性能指标的关系
5.7 用Matlab实现频率特性分析
5.7.1 伯得图绘制和分析
5.7.2 奈奎斯特图绘制和分析
小结
习题
第6章 控制系统的设计与校正
6.1 概述
6.1.1 系统各种性能指标的关系
6.1.2 系统校正
6.2 串联超前校正
6.2.1 串联超前校正装置及其特性
6.2.2 系统的串联超前校正
6.3 串联滞后校正
6.3.1 串联滞后校正装置及特点
6.3.2 系统的串联滞后校正
6.4 系统滞后-超前校正
6.4.1 串联滞后-超前校正装置
6.4.2 系统的串联滞后－超前校正
6.5 按期望特性对系统校正
6.6 线性系统的基本控制（校正）规律
6.6.1 PID控制规律
6.6.2 PID控制器的实现与应用
6.7 反馈校正
6.7.1 比例

自动控制原理是系统和控制科学的一门基础课程，
主要讲解建立在传递函数输入输出描述基础之上的反馈
控制系统的分析与综合方法。随着科学技术的发展，自
动控制技术的应用日新月异，并且日益渗透到其他学科
领域，促进其他学科的发展。
当前，我国的高等教育已由精英教育过渡到大众化
教育，国家已经作出要引导一批地方本科高校向应用技
术型高校转型的决定。应用技术型高校必须按照真正培
养应用型人才的目标对现有课程体系、教学内容，尤其
是教材进行改革。现有的自动控制原理教材大多是按照
“宽口径、厚基础”，培养学术型人才编写的，突出学
科体系的完整性和系统性，这些教材不完全适合以培养
应用技术型人才为目标的地方本科高校使用。
本书针对以培养应用技术型人才为目标的地方本科
高校的教学特点编写，由数家应用技术型院校中具有丰
富教学经验和工程实践经历的资深教师共同参与，书稿
经过多年打磨和教学实践、研讨，使编写质量得到了充
分的保证。
本书从工程实际出发，阐述了自动控制的基本原理
及应用方法。全书共分为8章和附录，主要内容包括自
动控制的基本概念、线性系统的数学模型、时域响应分
析法、根轨迹分析法、频域分析法、控制系统的设计与
校正、非线性系统分析、采样控制系统分析以及应用
Matlab软件分析和设计控制系统。
本书以基本知识、基本概念和方法的工程应用为重
点，内容深入浅出，在工程背景下介绍各种分析设计方
法的基本原理和应用，是一本学习引导式教材，方便读
者自学。本书具有如下特点。
（1）面向应用型本科教学，以工程为背景展开知
识点描述。每个概念和分析方法均以具体的工程问题为
例引出；讲清如何从工程的角度理解系统的分析方法；
按照“工程实际—理论讲解—工程应用”三个步骤进行
知识点展开，缩短理论与工程实际的距离，建立知识与
应用的联系，体现“工程化”特征。
（2）以学生认知和学习的思路为顺序编写，在主
要知识点的前后插入思考题，引导读者在学习前思考和
在学习后对知识引申，插入的思考题在后续的讲解或例
题中都能得到答案。
（3）以基本知识、基本概念和方法的工程应用为
重点，适当淡化数学推导。
（4）内容精炼，重点突出，层次分明，知识体系
连贯简洁，每章前有本章要点，每章后附有小结，易于
读者梳理掌握知识。
（5）删除部分工程应用较少的内容，如动态误差
系数、等N圆、等M圆等。
（6）例题丰富，主要知识点后有配套例题，使读
者更容易掌握知识点的应用方法，同时方便教学。
（7）习题中除计算题和设计题外，增加填空、选
择、判断、分析题等以基本概念学习为主的习题。
（8）每章都配套有Matlab仿真软件的分析和设计
实现，方便学生学习和验证，以培养学生的应用和分析
能力。
本书由张明君任主编，杜鹏英任副主编。各章编写
分工如下：第1章、第3章由张明君编写，第2章、第8章
、附录由梅彦平编写，第4章由李占英编写，第5章、第
6章由杜鹏英编写，第7章由汪洋编写。全书由张明君统
稿。
本书适合作为应用型本科院校自动化、电气工程及
自动化、机电一体化等相关专业教学用书，以及高等职
业院校教学使用，也可供相关专业的研究生或从事自动
化工作的技术人员参考。
书中引用了部分高校期末考试题及硕士研究生入学
考试题，因来源广泛，无法一一核实，在此一并表示感
谢。
由于作者水平有限，书中错误和不妥之处在所难免
，恳请广大读者批评指正。
作 者
2015年6月