本书一直被美国及全世界的上百所大学采用。全书内容更加条理化，并且引入了更多的计算机辅助工具。该书把控制理论、实际例子与计算机工具有机地结合在一起，用易于接受的方式，全面而又恰当地介绍了控制的内容。第10版提供了控制实验室的概念，它包括两类实验：SIMLab（模型模拟）和LEGOLab（物理实验中使用的乐高?机器人）。它使读者能用简单的方式处理控制系统的建模、分析、设计与模拟。

出版者的话

译者序

前言

第1章　绪论1

11　控制系统的基本组成部分1

12　控制系统应用举例2

121　智能交通系统2

122　汽车转向控制3

123　汽车怠速控制3

124　太阳能收集器的太阳跟踪控制3

13　开环控制系统（无反馈系统）5

14　闭环控制系统（反馈控制系统）5

15　反馈的含义及其作用6

151　反馈对于总增益的影响6

152　反馈对于稳定性的影响6

153　反馈对于外部干扰或噪声的作用7

16　反馈控制系统的类型8

17　线性系统与非线性系统8

18　时不变与时变系统9

19　连续控制系统9

110　离散控制系统10

111　案例研究：基于LEGOMINDSTORMS的智能车辆避障11

112　小结17

第2章　动态系统的建模18

21　简单机械系统的建模18

211　平移运动19

212　旋转运动22

213　平移和旋转运动之间的转换26

214　齿轮系28

215　齿隙和死区（非线性特性）29

22　简单电气系统的建模30

221　无源电气元件建模30

222　电气网络建模30

23　简单热系统和简单流体系统的建模33

231　热系统的基本属性34

232　流体系统的基本属性36

24　非线性系统的线性化42

25　类比44

26　案例研究：LEGO MINDSTORMSNXT电动机—机械建模46

27　小结46

参考文献47

习题47

第3章　动态系统的微分方程求解58

31　微分方程介绍58

311　线性常微分方程59

312　非线性微分方程59

32　拉普拉斯变换60

321　拉普拉斯变换的定义60

322　拉普拉斯变换的重要定理61

323　传递函数61

324　特征方程62

325　解析函数62

326　函数的极点62

327　函数的零点63

328　共轭复极点和零点64

329　终值定理65

33　部分分式展开的拉普拉斯逆变换65

34　拉普拉斯变换在线性常微分方程求解中的应用71

341　一阶系统71

342　二阶系统73

343　二阶系统—进一步讨论80

35　线性系统的脉冲响应和传递函数83

351　脉冲响应83

352　基于脉冲响应的时间响应84

353　传递函数（单输入单输出系统）85

36　系统的一阶微分方程：状态方程85

361　状态变量的定义88

362　输出方程89

37　线性齐次状态方程的解92

371　传递函数（多变量系统）93

372　由状态方程到特征方程95

373　由传递函数到状态方程96

38　MATLAB案例研究99

39　线性化回顾：状态空间方法104

310　小结108

参考文献108

习题109

第4章　控制框图和信号流图119

41　控制框图119

411　控制系统中典型元件的控制框图建模120

412　数学方程和控制框图的关系123

413　控制框图简化126

414　多输入系统的控制框图：特殊情况—扰动系统128

415　多变量系统的控制框图与传递函数129

42　信号流图131

421　信号流图代数132

422　信号流图术语的定义133

423　信号流图的增益公式135

424　在输出节点与非输入节点间增益公式的应用139

425　简化增益公式140

43　状态图141

431　由微分方程到状态图141

432　由状态图到传递函数143

433　由状态图到状态和输出方程143

44　案例研究145

45　MATLAB工具箱155

46　小结158

参考文献158

习题158

第5章　线性控制系统的稳定性168

51　稳定性介绍168

52　稳定性判定方法171

53　Routh-Hurwitz判据171

531　Routh表格172

532　Routh表格提前终止时的特殊情形173

54　MATLAB工具和案例分析176

55　小结182

参考文献182

习题182

第6章　反馈控制系统的重要组成186

61　有源电气元件的建模：运算放大器188

611　理想运算放大器188

612　和与差188

613　一阶运算放大器的配置188

62　控制系统中的传感器和编码器191

621　电位计191

622　转速计194

623　增量编码器195

63　控制系统中的直流电动机197

631　直流电动机的基本操作原理198

632　永磁直流电动机的基本分类198

633　永磁直流电动机的数学模型200

64　直流电动机的速度控制及位置控制203

641　速度响应、自感效应和扰动：开环响应203

642　直流电动机的速度控制：闭环响应206

643　位置控制207

65　案例研究208

651　案例1：太阳观测系统208

652　案例2：四分之一车辆悬挂系统210

66　虚拟实验室：LEGO MINDSTORMSNXT电动机入门—建模和表征213

661　NXT电动机213

662　电气特性213

663　机械特性214

664　速度响应和模型验证220

67　小结221

参考文献221

习题221

第7章　控制系统的时域分析234

71　连续时间系统的时间响应234

72　评价控制系统时间响应性能的典型测试信号235

73　单位阶跃响应和时域描述236

74　一阶系统的时间响应237

75　二阶系统的暂态响应240

751　阻尼比和自然频率240

752　最大超调（0 ＜ ζ ＜ 1）244

753　延迟时间和上升时间（0 ＜ ζ ＜ 1）246

754　调节时间（5%和2%）247

755　暂态响应性能指标总结250

76　稳态误差253

761　稳态误差的定义253

762　有干扰情况下的系统稳态误差259

763　控制系统的类型：单位反馈系统261

764　误差常数261

765　非线性系统元件产生的稳态误差265

77　基础控制系统以及传递函数增加零极点带来的影响267

771　在前向通道传递函数中增加一个极点：单位反馈系统267

772　在闭环传递函数中增加一个极点269

773　在闭环传递函数中增加一个零点270

774　在前向通道传递函数中增加一个零点：单位反馈系统271

775　增加零极点：时域响应控制272

78　传递函数的主导零极点277

781　零极点影响的总结278

782　相对阻尼比279

783　稳态响应考虑下的次要极点忽略方法279

79　案例研究：定位控制系统的时域分析279

791　二阶系统：单位阶跃暂态响应281

792　二阶系统：单位阶跃稳态响应284

793　三阶系统的时间响应—电气时间常数不能忽略284

794　三阶系统：单位阶跃暂态响应284

795　三阶系统：单位阶跃稳态响应287

710　控制实验室：LEGO MINDSTORMS NXT电动机介绍—位置控制287

711　小结291

参考文献292

习题292

第8章　状态空间分析与控制器设计305

81　状态变量分析305

82　控制框图、传递函数和状态控制框图305

821　传递函数（多变量系统）305

822　多变量系统的控制框图和传递函数306

83　一阶微分系统的状态方程308

831　状态变量的定义308

832　输出方程309

84　状态方程的向量-矩阵表示310

85　状态转移矩阵312

851　状态转移矩阵的意义313

852　状态转移矩阵的性质313

86　状态转移方程314

87　状态方程与高阶微分方程之间的关系318

88　状态方程与传递函数之间的关系319

89　特征方程、特征值和特征向量321

891　由微分方程求特征方程322

892　由传递函数求特征方程322

893　由状态方程求特征方程322

894　特征值323

895　特征向量323

896　广义特征向量324

810　相似变换325

8101　相似变换的不变特性326

8102　相似变换前后的特征方程、特征值和特征向量326

8103　传递函数矩阵326

8104　能控标准型326

8105　能观标准型328

8106　对角标准型329

8107　Jordan标准型330

811　传递函数分解331

8111　直接分解331

8112　串级分解335

8113　并行分解336

812　控制系统的能控性337

8121　能控性的概念338

8122　状态能控性的定义339

8123　能控性的其他检验方法339

813　线性系统的能观性341

8131　能观性的定义341

8132　能观性的其他检验方法342

814　能控性、能观性和传递函数之间的关系342

815　能控性和能观性的不变性定理344

816　案例研究：磁球悬浮系统345

817　状态反馈控制348

818　通过状态反馈进行极点配置349

819　带有积分控制的状态反馈353

820　MATLAB工具箱和案例学习358

8201　状态空间分析工具箱的使用和说明359

8202　tfsym在状态空间应用中的使用和说明361

821　案例研究：LEGO MINDSTORMS机器臂系统的位置控制361

822　小结366

参考文献367

习题367

第9章　根轨迹法386

91　根轨迹的基本性质387

92　根轨迹的性质详解389

921　K=0和K=±∞的点389

922　RL的分支数390

923　RL的对称性390

924　RL的渐近线交角：|s|=∞处RL的行为391

925　渐近线的交点（质心）392

926　实轴上的RL395

927　RL的出射角和入射角395

928　RL与虚轴的交点398

929　RL的分离点（鞍点）398

9210　RL在分离点处的入射角和出射角399

9211　RL上K值的计算402

9212　小结402

93　根灵敏度406

94　根轨迹设计410

941　在G(s)H(s)中增加零极点的影响410

942　在G(s)H(s)中增加极点410

943　在G(s)H(s)中增加零点412

95　根轨迹族：多参数变化情形415

96　MATLAB工具箱421

97　小结422

参考文献423

习题423

第10章　频域分析430

101　引言430

1011　闭环系统的频率响应437

1012　频域指标438

102　二阶系统的谐振峰值、谐振频率和带宽439

1021　谐振峰值和谐振频率439

1022　带宽440

103　前向通道传递函数增加极点和零点的影响442

1031　前向通道传递函数增加零点的影响443

1032　前向通道传递函数增加极点的影响447

104　Nyquist稳定性判据：基本原理449

1041　稳定性问题449

1042　环绕和闭合的定义450

1043　环绕和闭合的次数451

1044　幅角原理451

1045　Nyquist曲线455

1046　Nyquist判据以及L(s)或G(s)H(s)图455

105　具有最小相位传递函数的系统的Nyquist判据456

106　根轨迹和Nyquist图的关系458

107　示例：最小相位传递函数的Nyquist判据460

108　增加的极点和零点对Nyquist图的形状的影响464

1081　在s=0处加入极点464

1082　增加有限个非零极点466

1083　增加零点466

109　相对稳定性：增益裕量和相位裕量467

1091　增益裕量469

1092　非最小相位系统的增益裕量470

1093　相位裕量470

1010　用Bode图进行稳定性分析472

1011　相对稳定性与Bode图的幅值曲线的斜率之间的关系475

1012　用幅值-相位图进行稳定性分析477