自動(dòng)控制原理

　　本書(shū)系統(tǒng)地介紹了自動(dòng)控制的基本理論。全書(shū)共八章。第1章介紹自動(dòng)控制的一些基本概念，第2章介紹連續(xù)和離散控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述，第3章介紹基于系統(tǒng)辨識(shí)的建模方法，第4章介紹控制系統(tǒng)基于時(shí)域和頻域的穩(wěn)定性分析方法，第5章介紹控制系統(tǒng)的時(shí)域運(yùn)動(dòng)性能分析，第6章介紹連續(xù)和離散系統(tǒng)的校正方法，第7章介紹線性連續(xù)和離散控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間分析與綜合，最后一章介紹非線性控制系統(tǒng)的分析方法，主要是描述函數(shù)法和相平面法。本書(shū)的特色在于不是采用傳統(tǒng)的編排方式，即按照經(jīng)典控制和現(xiàn)代控制兩部分劃分的體系，而是按照控制理論的三個(gè)任務(wù)，即系統(tǒng)建模、系統(tǒng)分析（主要包括動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能分析、穩(wěn)定性分析以及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析）和系統(tǒng)綜合校正、來(lái)統(tǒng)一編排內(nèi)容。本書(shū)作為高等院校包括電工電子類(lèi)在內(nèi)的電類(lèi)各專(zhuān)業(yè)以及非電類(lèi)相關(guān)專(zhuān)業(yè)本科生的教材，亦可供從事自動(dòng)控制科研工作的專(zhuān)業(yè)工程技術(shù)人員自學(xué)和參考?！蹲詣?dòng)控制原理》不僅是電類(lèi)學(xué)科的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，而且在機(jī)械、化工等非電類(lèi)工程專(zhuān)業(yè)的課程設(shè)置中也占有重要地位。近年來(lái)，甚至是生物和經(jīng)濟(jì)類(lèi)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生中也多有選修這一課程的。自動(dòng)控制原理教材的編寫(xiě)歷來(lái)受到國(guó)內(nèi)高校和學(xué)術(shù)界的重視，已出版了許多不同版本的教材，其中有些優(yōu)秀版本已被廣泛采用。這些教材從使用對(duì)象考慮，通常分為自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)類(lèi)和非自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)類(lèi)。自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)類(lèi)的教材一般較為深入和詳盡，而非自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)類(lèi)的教材通常較為淺易和簡(jiǎn)略。從教材的編排方式看，通常又分為兩種。第一種方式是將教學(xué)內(nèi)容分為所謂“經(jīng)典”和“現(xiàn)代”兩部分。經(jīng)典部分介紹基于輸入—輸出模型（傳遞函數(shù)）的建模、分析與校正方法，現(xiàn)代部分介紹基于狀態(tài)空間模型的建模、分析與綜合方法。第二種方式試圖打破經(jīng)典與現(xiàn)代的界限，將兩部分內(nèi)容糅合在一起。不過(guò)，由于基于傳遞函數(shù)的方法和基于狀態(tài)方程的方法之間存在著明顯的差異，要將它們完全融為一體，是相當(dāng)困難的，實(shí)際上也是不必要的。其實(shí)，之所以產(chǎn)生“經(jīng)典”和“現(xiàn)代”的差別，是因?yàn)槲覀冞^(guò)多地關(guān)注了自動(dòng)控制理論的歷史形成過(guò)程，或者說(shuō)，過(guò)多地關(guān)注了這一理論發(fā)展過(guò)程中所形成的不同方法。正是由于這一原因，即使在經(jīng)典控制理論這一部分，也要將根軌跡法和頻率特性法分章介紹。如果我們將目光轉(zhuǎn)向控制理論的自身內(nèi)容和體系，不難注意到，控制理論是由三部分——系統(tǒng)建模、系統(tǒng)分析（主要包括動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能分析、穩(wěn)定性分析以及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析）和系統(tǒng)綜合校正——有機(jī)組合而成的，所有不同的方法都是為了完成這三方面的某些任務(wù)。因此，一種自然的教材編排方式是根據(jù)控制理論的上述三個(gè)任務(wù)而不是各種方法來(lái)劃分章節(jié)。這樣做的好處，一方面可以避免在介紹不同方法時(shí)重復(fù)敘述相同的問(wèn)題，因而節(jié)省了教材篇幅和教學(xué)用時(shí)；另一方面，可以在同一章針對(duì)同一問(wèn)題講解和比較不同方法，使讀者或?qū)W生融會(huì)貫通，加深理解。促使我們完成這一改革方案的契機(jī)是以東南大學(xué)為主承擔(dān)的面向21世紀(jì)教育部高等工程教育項(xiàng)目——“電工電子系列課程教學(xué)內(nèi)容與課程體系改革的研究與實(shí)踐”的實(shí)施。這是一個(gè)力圖使我國(guó)電工電子類(lèi)專(zhuān)業(yè)（國(guó)外稱(chēng)為EE）的高等教育盡快適應(yīng)現(xiàn)代化教學(xué)需要的教改計(jì)劃。根據(jù)這一項(xiàng)目的設(shè)計(jì)思想，《自動(dòng)控制原理》將作為平臺(tái)課程之一向包括電工電子類(lèi)在內(nèi)的電類(lèi)各相關(guān)專(zhuān)業(yè)講授。這就意味著傳統(tǒng)意義上的“自動(dòng)化類(lèi)”和“非自動(dòng)化類(lèi)”的界限將變得模糊。如果采用原來(lái)的自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)類(lèi)教材作為平臺(tái)課程的教材，難免有些專(zhuān)業(yè)的學(xué)生會(huì)覺(jué)得難以“消化”。而且作為平臺(tái)課，課時(shí)顯然不宜過(guò)多，而在較少的課時(shí)下采用傳統(tǒng)的（通常是上、下兩冊(cè)的）教材，也是不現(xiàn)實(shí)的。如果采用原來(lái)的非自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)類(lèi)教材，則有些專(zhuān)業(yè)（如自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)）又會(huì)有“吃不飽”的感覺(jué)，而且這些教材很難和自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)后續(xù)的有關(guān)控制理論的課程相銜接。因此，編寫(xiě)一本適合平臺(tái)課的新教材就成了我們實(shí)施教改計(jì)劃的當(dāng)務(wù)之急。授完本書(shū)的全部?jī)?nèi)容約需80學(xué)時(shí)，但根據(jù)專(zhuān)業(yè)需要和課時(shí)的限制，本書(shū)可以按多種“套餐”方式講授。對(duì)于64課時(shí)的課程，建議按以下兩種方式講授：第一種方式講授第1，2，3，4，5，6，7，8章，第二種方式講授第1，2，3，4，5，6，7章。對(duì)于48課時(shí)的課程，也可以按兩種方式講授，第一種方式講授第1，2，3，4，5，6，7，8章，第二種方式講授第1，2，4，5，7章。上述各種方式都可自成一體。第一種方式可能更適合自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，因?yàn)閷?duì)于這些專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，有些內(nèi)容，如系統(tǒng)辨識(shí)、狀態(tài)空間法等，可在后續(xù)課程中深入學(xué)習(xí)。第二種方式省去了非線性系統(tǒng)等內(nèi)容，卻包含了線性系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析的內(nèi)容，使得線性系統(tǒng)的控制原理得以較為完整地講授，因此它可能更適合非自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，因?yàn)閷?duì)他們而言，可能不會(huì)有更多的后續(xù)課程來(lái)補(bǔ)充控制理論方面的知識(shí)。本書(shū)是在主編者的教學(xué)講義基礎(chǔ)上編寫(xiě)而成的。第1，2，6，7章由田玉平執(zhí)筆，第3，4，5章由蔣珉執(zhí)筆，第8章由李世華執(zhí)筆。全書(shū)由田玉平統(tǒng)稿審定。本書(shū)的編寫(xiě)和出版得到電子工業(yè)出版社和東南大學(xué)的大力支持和資助，東南大學(xué)自動(dòng)控制系劉京南教授、東南大學(xué)無(wú)線電系鄒家祿教授對(duì)作者的工作給予許多幫助和鼓勵(lì)，書(shū)中插圖的計(jì)算機(jī)繪制由編者們的幾位研究生完成。對(duì)此，謹(jǐn)致誠(chéng)摯的謝意！限于作者水平，書(shū)中不妥和疏漏之處恐難避免，切望讀者批評(píng)指正。

　　田玉平，東南大學(xué)自動(dòng)控制系教授，博士生導(dǎo)師，長(zhǎng)江學(xué)者計(jì)劃特聘教授。1986年清華大學(xué)自動(dòng)化系本科畢業(yè)，獲學(xué)士學(xué)位；1991年莫斯科動(dòng)力學(xué)院自動(dòng)化與計(jì)算機(jī)技術(shù)系研究畢業(yè)，獲前蘇聯(lián)自動(dòng)控制專(zhuān)業(yè)哲學(xué)博士學(xué)位；1996年獲俄羅斯技術(shù)科學(xué)博士學(xué)位。曾獲全國(guó)第二屆關(guān)肇直獎(jiǎng)、第三屆全球智能控制與自動(dòng)化大會(huì)最佳理論論文獎(jiǎng)和第七屆霍英東教育基金。