　　在指导思想上，强调与IT技术的结合。随着科技的进步，利用现代手段完成运动方程的直接求解和工程计算已不再困难。为此，《工程控制基础/全国高等学校自动化专业系列教材·普通高等教育“十一五”国家级规划教材》引入了计算机在控制系统分析、设计和仿真等方面的应用。
　　在体系结构上，理清“三纵三横”。“三纵”指系统在三域（时域、复域、频域）中的数学模型，结合系统的数学模型，讲清工程求解与理论计算之间的内在联系与区别，使学习者统观全局，树立一个“纵向”的思路；“三横”指掌握系统分析的三要素：稳定性、静态特性和动态特性，抓住系统分析设计的关键，有利于学习者建立一个“横向”的思路。
　　在内容安排上，坚持“加强基础、削枝强干”。强化计算机的辅助设计，淡化工程求解的过程分析；增加工程实例，讲清物理概念；引入计算机控制技术，利用计算机特有的存储、运算、比较、判断、交互及外围设备的优势，实现“根据不同对象选择不同的控制策略，根据不同的要求采用不同的整定参数”来改善系统的控制质量。

内容简介

　　《工程控制基础/全国高等学校自动化专业系列教材·普通高等教育“十一五”国家级规划教材》的主要任务是讲清自动控制系统的基本原理，指导学生学会对实际控制系统的抽象，完成机构图的绘制、数学模型的建立和对控制系统的分析与设计。主要包括系统在三域（时域、复域、频域）中的数学模型，系统分析的三要素（稳定性、静态特性和动态特性），以及基于根轨迹法和频率法设计系统各种校正装置的方法，等等。
　　MATLAB是当前一种常用的计算机辅助设计软件，它为控制系统的分析与设计提供了专用的工具包。《工程控制基础/全国高等学校自动化专业系列教材·普通高等教育“十一五”国家级规划教材》在各章都将介绍MATI.AB的相关应用。本书基本概念清晰，工程实例丰富，配有大量习题（包括一般题、深入题、实际题和MATLAB题）。
　　《工程控制基础/全国高等学校自动化专业系列教材·普通高等教育“十一五”国家级规划教材》可作为高等学校工科各专业，如电子信息类、机械工程类、电气工程类、仪器仪表类、工程物理类等专业本科生学习控制理论的教材，也可供相关领域专业技术人员参考。

作者简介

　　田作华，上海交通大学教授、博士生导师。1946年10月生，1970年毕业于上海交通大学自动化系，专业方向：控制理论与控制工程。现任教育部高等学校自动化专业教学指导分委员会副主任委员，指导性自动化专业规范课题组负责人。先后主持完成各类课题50余项，发表论文150余篇，其中SCI、EI收录50余篇。长期从事教学工作，主编控制类教材两本，获省部级优秀教学成果一等奖1项、优秀教材一等奖2项、二等奖1项，主讲课程7门。

内页插图

第1章导论
1.1 引言
1.2 自动控制系统的基本原理和组成
1.2.1 自动控制系统基本原理
1.2.2 自动控制系统的组成
1.3 自动控制系统的分类
1.3.1 按信号的传递路径来分
1.3.2 按系统输出信号的变化规律来分
1.3.3 按系统传输信号的性质来分
1.3.4 按系统的输入输出特性不同来分
1.4 控制系统实例
1.4.1 内燃机的转速控制系统
1.4.2 角度随动系统
1.5 本书概貌
习题

第2章控制系统的数学模型
2.1 控制系统的时域数学模型——微分方程
2.1.1 系统的微分方程举例
2.1.2 非线性系统的线性化
2.2 控制系统的复域数学模型——传递函数
2.2.1 传递函数定义
2.2.2 传递函数性质
2.3 控制系统的频域数学模型——频率特性
2.4 典型环节及其传递函数
2.4.1 比例环节
2.4.2 微分环节
2.4.3 积分环节
2.4.4 惯性环节（非周期环节）
2.4.5 振荡环节
2.4.6 时间延迟环节（时滞环节）
2.5 控制系统的方块图
2.5.1 系统方块图
2.5.2 方块图的基本运算法则
2.5.3 系统常用的传递函数
2.5.4 方块图的简化法则
2.6 信号流图
2.6.1 几个定义
2.6.2 信号流图的性质及运算法则
2.6.3 信号流图与方块图之间等效关系
2.6.4 梅逊（Mason）公式
2.7 物理元件和系统的数学模型
2.7.1 机械系统
2.7.2 电气系统
2.7.3 热力系统
2.7.4 液位系统
2.7.5 典型位置随动系统的数学模型
2.8 MATLAB在系统数学模型转换中的应用
2.8.1 MATLAB中传递函数的分式多项式的表示
2.8.2 传递函数的零极点表示
2.8.3 用MATLAB计算系统的传递函数
2.8.4 MATLAB中多项式与因式分解形式的互相转换
小结
习题

第3章自动控制系统的时域分析
3.1 常用的典型测试信号
3.1.1 阶跃信号
3.1.2 速度信号（斜坡信号）
3.1.3 加速度信号（抛物线信号）
3.1.4 脉冲信号
3.1.5 正弦信号
3.2 控制系统的稳定牲分析
3.2.1 稳定性的基本概念
3.2.2 线性定常系统稳定的充分必要条件
3.2.3 劳斯（Routh）稳定性判据
……

第4章根轨迹法
第5章线性系统的频域分析——频率响应法
第6章线性控制系统的设计
第7章非线性反馈控制系统
第8章计算机控制系统
附录1 常见系统的根轨迹
附录2 拉氏变换及z变换表
附录3 常用校正装置
参考文献

前言/序言

　　工业现代化的基础是工业自动化。自动控制技术的广泛应用不仅可以大幅度地提高投入产出比，而且在减轻劳动强度、提高产品质量方面有着不可替代的巨大作用。当今世界科学技术突飞猛进，新技术不断涌现，这一方面给自动化学科的发展带来了绝好的机遇，同时也带来了严峻的挑战。
　　（1）信息技术进步所带来的巨大j中击。
　　我国目前的自动化专业主要由以前的自动控制、工业自动化、工业电气自动化、生产过程自动化等专业组成，主要研究“过程控制”、“运动控制”的基本原理与实际应用，分析手段基本上是沿用传统的工程求解技术，调节方式则以PID为主。经过几十年的深入研究与应用实践，人们已积累了一套完整有效的控制理论与实用技术，并在长期的生产实践中取得了辉煌的业绩。但也应看到，随着科技的进步，生产中对控制的要求越来越高，先后提出多入多出控制、非线性控制、不确定模型控制及优化控制等。它们向传统控制理论的建模方式、分析手段、设计思想提出了挑战。20世纪60年代初，随着现代控制理论的出现，特别是后来IT技术的发展突飞猛进，计算机在自动控制领域的应用与普及，突破了长期困扰人们的时空制约，为控制的新思想、新理论、新技术发现、发展与实现提供了广阔的天地。
　　（2）国民经济产业结构调整和优化升级所带来的巨大j中击。
　　随着科技的进步和改革的深入发展，推进产业结构调整和优化升级，转变经济增长方式，是目前提高经济增长质量的重要途径和迫切任务。从目前的形势来看，我国的产业结构调整存在着一个明显的趋势：机械向电子靠，强电向弱电靠，弱电向计算机、信息靠。这既是经济发展的必然，也是自身生存的需要。
　　当前，各学科如何在保持自身特色的基础上，以信息为龙头，发挥各自优势，赶超世界先进水平，已成为当前一个热门的话题。作为以研究“系统”为主攻方向的“自动化”专业，无论在其内容还是在形式上，都存在一个如何保持专业特点，摒弃陈腐落后，纳收先进技术的问题，都存在一个如何跟上形势发展，适应社会人才需求，重新审视构建自动化专业人才培养新平台的问题。特别是IT技术的发展，《自动控制原理》正从传统的专业课向目前的专业基础课演变，成为“电子信息教学平台”的重要组成部分，开设的面越来越广，受教育的对象越来越多。从以前主要面向弱电类专业，现已扩展到强电类、机械类、材料类、交通运输类乃至管理类、医学类，实际上它已成为现代专业技术人才必须掌握的一门专业基础。
　　根据我们目前已掌握的教材、教学计划来看，国外对自动控制的教学相当重视，绝大部分的工科专业都设有“控制工程”或与此相类似的课程，并普遍采用计算机辅助设计、虚拟仪器，来完成对控制系统的分析设计。
　　紧跟科技的进步、适应形势的发展，编制出适应具有中国特色的《控制工程基础》教材，势在必行。
　　根据我国目前自动控制教学现状和实际工程的特点，我们在编写过程中，遵循“加强基础，削枝强干，注重应用，逐步更新”的原则，在保持传统教材主要内容特点的基础上，力求做到：
　　（1）在指导思想上：强调与IT技术的结合。
　　我们认为：自动化专业的基础是“信息”、核心是“控制”、着眼点应立足于“系统”。有人认为IT就是指通信、计算机，这是一种狭隘片面的理解。其实自动化也属于IT的范畴，而且有着更广、更丰富的内涵，它包括了信息的获取（检测、仪表）、信息的处理（计算机）、信息的传输（通信），它从“系统”的角度，对客观事物进行抽象、建模、分析和设计，是更高层次上的信息集成。目前的“自动控制原理”在内容上自喻是“经典控制理论”，采用的分析手段是“经典”的工程求解法。应当承认这种工程求解法，对系统的分析设计发挥了很大的作用，但随着科技的进步，利用现代手段完成运动方程的直接求解和工程计算已不再困难。为此，本教材引入了计算机在控制系统分析、设计和仿真等内容的介绍。
　　（2）在体系结构上：理清“三纵三横”。
　　这里讲的“三纵”：指系统在三域（时域、复域、频域）中的数学模型；“三横”：指系统特性（稳定性、稳态特性、动态特性）的三分析。
　　“三纵”：结合系统的数学模型，讲清工程求解与理论计算之间的内在联系与区别。具体地说，就是要搞清楚第1章图1-12所示的几种数学模型之间的相互关系。
　　这里需指出：对于一个具体的系统，人们可以根据对象的特点、工程的要求、求解的方便及本人的习惯，人为地建立各个不同域中的数学模型，如时域中的数学模型——微分方程，复域中的数学模型——传递函数或频域中的数学模型——频率特性，这些数学模型之间存在着严格的数学变换关系。学习中，所有问题的分析与求解都是建立在数学模型基础上的。
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