控制理论基础（第2版）/普通高等教育“十一五”国家级规划教材 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

王显正，莫锦秋，王旭东 著

图书标签:

• 控制理论
• 自动控制
• 系统分析
• 数学模型
• 反馈控制
• 现代控制理论
• 经典控制理论
• 高等教育
• 教材
• 工程控制

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030197696

版次：2

商品编码：12217370

包装：平装

丛书名： 普通高等教育“十一五”国家级规划教材

开本：16开

出版时间：2007-09-01

用纸：胶版纸

页数：387

字数：488000

正文语种：中文

内容简介

　　《控制理论基础（第2版）/普通高等教育“十一五”国家级规划教材》为普通高等教育“十一五”国家级规划教材，并曾获2002年全国普通高校教材二等奖。
　　《控制理论基础（第2版）/普通高等教育“十一五”国家级规划教材》主要介绍反馈控制系统的基本理论及其工程分析和设计方法。全书共10章。前3章主要介绍反馈控制系统的基本工作原理、物理系统的数学模型、包括频率特性在内的一些基本概念，第4～7章介绍控制系统稳定性分析、稳态误差分析、瞬态响应分析以及控制系统的设计和校正，第8章对工程中常用的根轨迹方法作了介绍。最后两章讲述了状态空间分析法和非线性控制系统，
　　书中每章均有利用Matlab控制软件的应用实例。每章还有小结和习题。
　　《控制理论基础（第2版）/普通高等教育“十一五”国家级规划教材》可作为高等学校机械、冶金、能源动力、材料等非自控专业的教材，也可以供其他有关专业的工程技术人员参考。

内页插图

目录

第二版前言
第一版前言

第1章 绪论
1．1 自动控制及其发展概述
1．2 控制系统的反馈工作原理及其组成
1．3 控制系统的分类
1．4 控制理论在非工程领域的应用
1．5 对控制系统的要求及常用典型控制信号
小结
习题

第2章 物理系统的数学模型
2．1 控制工程的数学方法
2．2 物理系统的数学模型
2．3 非线性数学模型的线性化
2．4 典型环节及其传递函数
2．5 系统方块图及其传递函数
2．6 信号流图
2．7 Matlab中系统建模
小结
习题

第3章 频率特性
3．1 频率特性的基本概念
3．2 幅相频率特性
3．3 对数频率特性
3．4 闭环频率特性及其特征参数
3．5 数学模型的实验确定法
3．6 Matlab中的频率响应函数
小结
习题

第4章 控制系统的稳定性分析
4．1 稳定性的基本概念
4．2 劳思-赫尔维茨稳定判据
4．3 奈奎斯特稳定性判据
4．4 稳定性裕量
4．5 Matlab求取稳定性裕量
小结
习题

第5章 控制系统的误差分析
5．1 误差的基本概念
5．2 稳态误差系数与稳态误差
5．3 动态误差系数与稳态误差
5．4 扰动作用下的系统稳态误差
小结
习题

第6章 控制系统的瞬态响应分析
6．1 一阶系统的瞬态响应
6．2 二阶系统的瞬态响应
6．3 具有零点的二阶系统的瞬态响应
6．4 高阶系统的瞬态响应
6．5 瞬态响应指标及其与系统参数的关系
6．6 Matlab分析系统的动态特性
小结
习题

第7章 控制系统的综合和校正
7．1 系统设计概述
7．2 常用的校正规律和校正装置
7．3 希望频率特性曲线和控制系统综合法校正
7．4 控制系统分析法串联校正
7．5 控制系统反馈校正分析
7．6 复合控制系统
小结
习题

第8章 根轨迹法
8．1 根轨迹法基本概念
8．2 绘制根轨迹图的基本规则
8．3 控制系统的根轨迹分析
8．4 用根轨迹法设计与校正控制系统
8．5 Matlab绘制系统的根轨迹
小结
习题

第9章 状态空间分析法
9．1 系统的状态空间描述
9．2 状态方程的求解
9．3 线性系统的能控性和能观性
9．4 控制系统的状态空间综合法
9．5 Matlab中进行状态空间法分析
小结
习题

第10章 非线性控制系统
10．1 概述
10．2 描述函数法
10．3 非线性系统的描述函数法分析
小结
习题

参考文献

附录Ⅰ拉普拉斯变换表
附录Ⅱ校正网络
附录ⅢMatlab基础

前言/序言

　　“控制理论基础”课程是大学工程技术类专业的主干技术基础课，本书自1980年出版以来，已被国内许多所高等院校选作教材，经过多年教学实践，这次在多方听取意见的基础上重新做了修订，去掉了采样控制这章，增加了状态空间分析法一章，为了避免状态分析法中大量的矩阵运算掩盖经典控制理论中明确的物理概念和工程应用实践强的特点，所以这次修改仍将其单列一章，并用统一、联系的观点把现代控制与经典控制有机结合起来，赋予其较强的物理概念和工程背景。
　　作为一门基础课，经典控制理论的内容基本上是固定的，这种教材的内容可以有不同的编排，但一般都着重于按教学规律由浅入深、循序渐进、简繁适度，既保持理论性、系统性和工程实践性，又力求概念清晰、确切、分析问题思维符合认识规律，适合机械类和非自控专业学习，所以这次我们仍然保持了该书原来的编写体系和特点，这次修订我们基本上仍采用前几版的目录，在前版基础上仅对部分章节的内容在编排上做了一些增减和调整，并且在每一章都增加了一节Matlab控制软件的应用案例。
　　本书由国防工业出版社于1980年初版，历经近30余年，在广大读者的支持、关爱下，曾经获得1987年中船总公司全国高校优秀教材二等奖，2002年教育部全国普通高校优秀教材二等奖以及其他等多项奖励。现在被评为普通高等教育“十一五”国家级规划教材，
　　本书第二版由王显正教授主编，参加各章修订及编写的教授是：王显正（第1、2章）、莫锦秋（第3至第8章、10章及各章Matlab应用案例）、王旭永（第9章）。应当指出，本书初版到现在是一个不断完善、提高的过程。本书前几版的作者，范崇讬、陈正航等教授，由于退休不再参加该版编写，但他们对《控制理论基础》教材建设的贡献是不可磨灭的，在此向他们表示感谢。特别还要感谢的是在第一线讲课的教授和讲师：金惠良、朱向阳、王冰、叶春、胡晖等，由于他们为教材的编写及修订提出了许多详细的宝贵意见，才使教材得以很好地完成。

《控制理论基础（第2版）/普通高等教育“十一五”国家级规划教材》 图书简介 本书是一部深入浅出、系统严谨的控制理论基础教材，旨在为高等院校本科生和研究生提供坚实的理论基石和广泛的工程视野。在“十一五”国家级规划教材的框架下，本版在继承前版优良传统的基础上，结合了近些年控制理论与工程领域的新发展和新趋势，力求在内容深度、广度、学术前沿性和教学实践性之间取得最佳平衡。 第一章：引论 本章为全书奠定基础，首先介绍控制理论的概念、发展历程及其在现代科学技术和社会发展中的重要地位。通过一系列生动具体的实例，如飞机自动驾驶、工业生产过程的自动化、机器人技术、生物医学工程中的生命体征监测与调控等，揭示了控制系统无处不在的应用前景，激发读者的学习兴趣。随后，对控制系统的基本组成（如传感器、控制器、执行器、被控对象）和工作原理进行概述。接着，从系统建模的角度出发，引出描述和分析控制系统的数学工具，为后续章节的学习做好铺垫。此外，本章还会探讨控制系统的分类，如开环控制与闭环控制、线性系统与非线性系统、连续时间系统与离散时间系统等，并初步介绍系统性能评价的一些基本指标，如稳定性、精度、速度等。 第二章：系统建模 本章是深入理解和分析控制系统的关键。本章详细介绍了几种主要的系统建模方法，包括： 物理建模法： 基于系统物理定律（如牛顿定律、电路理论、热力学定律等）建立系统的数学模型。重点讲解如何从物理结构和原理出发，推导出系统的微分方程或差分方程。内容涵盖了机械系统（如质量-弹簧-阻尼系统、倒立摆）、电气系统（如RLC电路、电机模型）、液压与气动系统等典型工程对象的建模过程。 传递函数法（拉普拉斯变换）： 引入拉普拉斯变换及其性质，讲解如何通过拉普拉斯变换将时域的微分方程转化为频域的代数方程，从而得到系统的传递函数。深入分析传递函数的物理意义，包括其零极点与系统动态响应的关系。 状态空间法： 介绍现代控制理论的重要工具——状态空间表示。讲解如何将高阶微分方程组转化为一组一阶微分方程，用状态向量来描述系统的内部状态。重点阐述状态空间方程的结构、向量空间的概念以及与传递函数的相互转换。这种方法在处理多输入多输出（MIMO）系统和非线性系统时具有显著优势。 系统辨识法： 当物理模型难以获得或不准确时，本章介绍基于实验数据辨识系统模型的方法。包括对经典辨识方法的介绍，如最小二乘法等，并强调实验设计的重要性。 本章在讲解过程中，注重理论与实例相结合，通过对具体工程对象的建模过程，帮助读者掌握各种建模方法的实际应用。 第三章：线性定常系统的时域分析 本章专注于线性定常（LTI）系统的时域行为分析。首先，介绍系统零输入响应（自由响应）和零状态响应（强迫响应）的概念，以及全响应是两者之和。接着，详细讨论了几种典型的激励信号，如单位阶跃信号、单位斜坡信号、指数信号和正弦信号，并分析了系统在这些信号作用下的响应特性。 稳定性分析： 深入探讨系统的稳定性概念，包括平衡点稳定性、渐近稳定性以及指数稳定性。通过分析系统特征方程的根（即极点）与稳定性之间的关系，引出Routh-Hurwitz稳定性判据，并配以详细的计算实例。 性能指标： 重点介绍用于评价系统动态性能的常用时域指标，如过渡过程的响应速度（上升时间、响应时间）、超调量、稳态误差等。本章将详细阐述这些指标的定义、计算方法以及它们与系统结构（如极点位置）之间的关系。 瞬态响应分析： 通过分析系统的单位阶跃响应，深入理解系统动态行为。讲解一阶系统和二阶系统的瞬态响应特性，特别是二阶系统的阻尼比和自然频率对响应的影响。 第四章：线性定常系统的频域分析 本章将分析的视角从时域转移到频域，介绍利用频率响应来表征系统特性。 频率响应： 讲解了当输入为正弦信号时，系统的输出也为同频率的正弦信号，但幅值和相位会发生改变。引入频率响应函数（幅频特性和相频特性）的概念，并推导其计算方法。 伯德图： 详细介绍伯德图（Bode Diagram）的绘制方法和物理意义。伯德图是分析系统频率响应的有力工具，能够直观地反映系统在不同频率下的增益和相位变化。本章将讲解如何通过直线段近似法快速绘制伯德图，并分析其在判断系统稳定性和性能方面的作用。 奈奎斯特图： 介绍奈奎斯特（Nyquist）频率响应曲线，以及如何通过奈奎斯特稳定性判据来判断系统的稳定性。本章将详细阐述奈奎斯特判据的原理及其应用。 盖因裕度和相位裕度： 引入盖因裕度（Gain Margin）和相位裕度（Phase Margin）的概念，它们是衡量系统稳定裕度的重要指标，能直观地反映系统在多大程度上的增益或相移变化会导致系统不稳定。 第五章：根轨迹法 根轨迹法是一种几何方法，用于分析系统参数变化对系统闭环极点位置的影响，从而间接分析系统的稳定性与性能。 根轨迹的概念： 讲解根轨迹的定义，即当系统开环增益K从0变化到无穷大时，闭环极点在复平面上描绘出的轨迹。 根轨迹绘制规则： 系统地介绍了绘制根轨迹的八条基本规则，包括根轨迹的起点和终点、渐近线、分离点和汇合点、虚轴交点、实轴上的根轨迹部分等。通过对这些规则的详细阐述和图示，帮助读者掌握绘制根轨迹的技巧。 根轨迹的应用： 讲解如何利用根轨迹图来选择合适的系统增益K，以使闭环极点处于期望的位置，从而获得满意的动态性能和稳定性。 第六章：系统稳态误差分析 本章深入探讨控制系统在稳态时，输出与期望输入之间的差异，即稳态误差。 稳态误差的定义与计算： 讲解稳态误差的定义，并推导出其在不同系统类型（0型、I型、II型系统）以及不同输入信号（单位阶跃、单位斜坡、单位抛物线）下的计算公式。 系统类型与稳态误差的关系： 详细分析系统类型对稳态误差的影响，阐明为什么高类型系统能够消除特定输入信号的稳态误差。 PID控制器与稳态误差： 探讨比例-积分-微分（PID）控制器在改善系统稳态性能方面的作用，特别是积分项如何消除稳态误差。 第七章：线性系统状态空间分析 本章是现代控制理论的基石，引入状态空间描述的系统分析方法。 状态空间方程： 详细介绍线性定常状态空间方程的定义、物理意义以及与传递函数之间的相互转换。 可控性与可观性： 引入控制理论中两个至关重要的概念——可控性（Controllability）和可观性（Observability）。讲解它们的定义、判据（如Gramian矩阵法、秩判据），以及它们在控制器设计和状态观测器设计中的重要作用。 能控标准型与能观标准型： 介绍如何将状态空间方程化为能控标准型和能观标准型，这为控制器和观测器的设计提供了便利。 模态控制： 探讨如何通过状态反馈来配置闭环系统的极点（模态），以达到期望的动态性能。 第八章：反馈控制系统设计 本章将前几章的分析方法应用于实际的控制器设计。 PID控制器设计： 详细介绍PID控制器的整定方法，包括经验整定法（如Ziegler-Nichols方法）和模型-based整定方法。分析比例（P）、积分（I）、微分（D）参数对系统性能的影响，以及如何组合使用它们来优化系统性能。 滞后校正、超前校正和超前滞后校正： 介绍常用的串联校正和并联校正网络（如超前、滞后、超前-滞后补偿器）的设计方法。讲解如何通过引入这些校正装置来改善系统的稳定性、动态响应和稳态精度。 状态反馈控制器设计： 基于前面介绍的可控性概念，详细讲解如何设计状态反馈增益矩阵，以实现闭环系统的极点配置。 状态观测器设计： 讲解当系统状态变量无法直接测量时，如何设计状态观测器（如Luenberger观测器）来估计系统状态。 第九章：离散时间系统分析 本章将控制理论的分析框架扩展到离散时间系统，这在数字控制系统中尤为重要。 Z变换： 介绍Z变换及其性质，这是分析离散时间系统的主要数学工具，类似于连续时间系统中的拉普拉斯变换。 离散系统模型： 讲解离散时间系统的差分方程表示和Z域传递函数表示。 离散系统时域与频域分析： 介绍离散系统的稳定性判据（如单位圆判据）、零输入响应和零状态响应，以及离散系统的频率响应。 离散系统的根轨迹： 介绍离散系统的根轨迹绘制和分析方法。 第十章：非线性系统初步 本章对非线性控制系统进行初步介绍，为读者打开进一步深入研究的门扉。 非线性系统的特点： 讲解非线性系统与线性系统在行为上的根本差异，如叠加性不满足、存在多重平衡点、不稳定性等。 几种典型的非线性现象： 介绍和分析几种常见的非线性现象，如饱和、死区、滞环、抖振等，并通过实例说明它们对系统性能的影响。 李雅普诺夫稳定性理论： 介绍李雅普诺夫（Lyapunov）稳定性理论，这是分析非线性系统稳定性的基本方法，包括直接法和间接法。 附录 附录中通常包含一些有用的数学工具和背景知识，如拉普拉斯变换的常用公式、Z变换的常用公式、矩阵运算等，以方便读者查阅和复习。 总结 《控制理论基础（第2版）》一书以其严谨的理论体系、丰富的工程实例、清晰的逻辑结构和适中的难度，成为学习控制理论的优秀教材。它不仅能够帮助读者掌握控制系统的基本原理和分析方法，更能培养其解决复杂工程问题的能力，为未来在自动化、机器人、航空航天、生物工程等领域的深入研究和实践打下坚实的基础。本书适合作为高等院校自动化、电子信息工程、机械工程、航空航天工程等相关专业的本科生和研究生教材，也可作为相关领域工程师的参考书。

评分☆☆☆☆☆

这本书的出版，为广大从事控制理论研究和应用的读者提供了一份宝贵的知识财富。“控制理论基础（第2版）”不仅仅是一本教材，更是一本包含了丰富理论和实践经验的参考书。我尤其欣赏书中对各种控制系统分析方法的详细阐述，无论是经典的频率域方法，还是现代的状态空间方法，都得到了深入的讲解。例如，书中对Bode图和Nyquist图的讲解，清晰地展示了如何通过这些图形来分析系统的频率响应特性和稳定性，这对于工程师设计滤波器和评估系统性能至关重要。此外，关于PID控制器设计的章节，更是详尽地介绍了各种整定方法，并结合实际的工业应用案例，让读者能够更好地理解PID控制器的作用和局限性。这本书的优点还在于其语言表达的严谨性和专业性，同时又不失可读性。它能够帮助读者建立起对控制理论的系统性认识，并且为进一步深入研究更高级的控制理论打下坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

捧读“控制理论基础（第2版）”，如同走进一个严谨而充满智慧的知识殿堂。本书的编排十分精妙，从最基础的系统建模开始，层层递进，逐渐深入到各种先进的控制策略。我特别看重书中对于系统稳定性分析的讲解，它详细介绍了根轨迹、奈奎斯特判据等经典方法，并辅以大量的图例和推导过程，使得原本抽象的稳定性概念变得具体可感。对于那些希望深入理解自动控制原理的读者来说，这本书提供的基础是无可替代的。书中还涉及到了现代控制理论的一些重要概念，例如状态空间表示法，这为分析和设计复杂的、多变量的控制系统提供了强大的工具。虽然内容涵盖广泛，但作者的叙述风格清晰流畅，逻辑严谨，使得学习过程不会感到过于吃力。它不只是一本理论书籍，更是一个帮助你解决实际工程问题的“工具箱”。每一次翻阅，都能在其中找到新的灵感和解决问题的方法。

评分☆☆☆☆☆

作为一本“十一五”国家级规划教材，“控制理论基础（第2版）”的学术价值和权威性毋庸置疑。这本书的结构设计非常合理，它循序渐进地引导读者进入控制理论的世界。从最基础的输入输出模型、传递函数，到更深入的系统时域响应分析，再到频率响应分析，每一个章节都紧密相连，环环相扣。我特别喜欢书中关于根轨迹法的讲解，通过根轨迹图，可以直观地看到系统参数变化对系统稳定性和动态性能的影响，这是理解反馈控制系统设计中非常重要的一环。书中对状态空间方法的介绍也十分详尽，它提供了一种更强大的工具来描述和分析多输入多输出的复杂系统，这在现代工程实践中越来越重要。而且，作者在讲解过程中，始终注重理论与实践的结合，穿插了大量的工程实例，使得抽象的理论知识能够落地，变得更加生动和具有指导意义。这本书的语言风格严谨而清晰，逻辑性极强，即使是初学者也能在老师的指导下，或者独立钻研，逐步掌握控制理论的核心概念和分析方法。

评分☆☆☆☆☆

一本经典的控制理论著作，它的名字本身就充满了学术的厚重感。“控制理论基础（第2版）”，这个标题就足以吸引到那些希望深入理解现代控制系统设计精髓的读者。虽然这本书的篇幅不小，但每一页都凝聚着作者的智慧和多年的教学经验。从最基本的概念入手，比如系统建模、线性与非线性系统、稳定性分析，到更高级的PID控制器设计、状态空间方法，再到一些前沿的议题，它都进行了系统而深入的阐述。我特别欣赏书中大量的图示和例题，这些直观的展示和实际的应用案例，极大地帮助我理解那些抽象的数学原理。有时候，一本好的教材就像一位循循善诱的老师，它不会让你感到枯燥乏味，而是能激发你探索知识的兴趣。这本书的语言风格严谨而不失条理，逻辑清晰，循序渐进，使得即使是初学者也能逐步掌握控制理论的核心思想。它不只是简单地罗列公式和定理，更重要的是教会你如何运用这些工具去解决实际工程问题。在我看来，这本书不仅仅是一本教材，更是一份宝贵的参考资料，值得反复研读，每一次阅读都能从中获得新的启发。

评分☆☆☆☆☆

翻开这本书，首先映入眼帘的是那清晰而富有逻辑的目录，让人一眼就能看到控制理论的宏大图景。它系统地梳理了从入门到进阶的知识体系，从最基础的系统辨识和时域分析，到频率域的经典分析方法，再到状态空间理论的引入，可谓是面面俱到。书中对各种控制策略的讲解都非常透彻，比如PID控制器，作者不仅给出了理论推导，还深入探讨了参数整定方法，并结合实际应用场景进行分析，这对于理解PID控制的精髓至关重要。我尤其喜欢书中关于系统稳定性分析的部分，无论是Routh-Hurwitz判据还是Nyquist判据，都讲解得非常到位，配以丰富的图例，即使是复杂的概念也变得易于理解。此外，书中还涉及到了一些更高级的主题，例如最优控制和鲁棒控制，这为读者打开了更广阔的视野，看到了控制理论在现代工程中的巨大潜力。这本书的语言风格严谨而专业，但作者的写作功底很高，使得枯燥的理论也变得生动有趣。它不仅仅是一本教科书，更像是一位资深的导师，指引我在控制理论的海洋中航行。