圖書簡介
該教材適用於機械類、儀器類及其他非控制專業本科生。包括控制系統的動態數學模型、時域瞬態回響分析、頻率特性、穩定性分析、誤差分析和計算、綜合與校正、根軌跡法、非線性問題、計算機控制系統、以及MATLAB和LabVIEW軟體工具在控制系統分析和綜合中的套用。突出機械運動作為主要控制對象，著重基本概念的建立和解決機電控制問題的基本方法的闡明，並融入了有關的機電一體化新技術和新分析方法。
該教材是在董景新等編著的《控制工程基礎》第3版的基礎上，引入近年來相關內容的發展重新編寫的，主要面向機械類、儀器類及其他非控制專業本科生，被列入普通高等教育國家級規劃教材建設項目。主要內容包括：控制系統的動態數學模型、時域瞬態回響分析、控制系統的頻率特性、控制系統的穩定性分析、控制系統的誤差分析和計算、控制系統的綜合與校正、根軌跡法、控制系統的非線性問題、計算機控制系統、MATLAB軟體工具在控制系統分析和綜合中的套用、LabVIEW工具在控制系統分析和綜合中的套用。
該教材突出機械運動作為主要控制對象，並對其數學模型和分析綜合重點做了介紹；著重基本概念的建立和解決機電控制問題的基本方法的闡明，並簡化或略去與機電工程距離較遠、較艱深的嚴格數學推導內容；引入和編寫了較多的例題與習題，便於自學；該教材融入了有關的機電一體化新技術和新分析方法，可供相關領域的科技人員參考。同時，為了配合該教材的使用，還編寫了《控制工程基礎實驗指導》和《控制工程基礎習題解》以供選用。
第4版前言
該教材是在董景新、趙長德、郭美鳳、陳志勇、李冬梅編著的《控制工程基礎》第3版的基礎上重新編寫的。《控制工程基礎》第3版自2009年6月正式出版已五年多。自第1、2、3版教材相繼出版以來，該教材隨著“控制工程基礎”課程在全國各高等院校的機械類、儀器類等非控制專業逐漸普遍開設，以及本教材聲譽的不斷提升，對教材的需求量也穩步增加。自出版以來根據需求該教材多次重新印刷，第1版11年時間累計印刷11次，總印數達53000冊；第2版5年多時間累計印刷10次，總印數達60000冊；第3版不到5年時間就累計12次印刷，總印數已達62500冊。
本課程相繼被評為清華大學、北京市和國家級精品課程，國家級精品資源共享課；清華大學等院校也將本課程確定為機械學院平台課。除本校使用該教材外，另有約100所兄弟院校的儀器儀表類和機械類專業將我們編著的教材選為使用教材和研究生入學考試參考書。隨著需求量的增加，我們深感責任的加重，促使我們對於教材的編寫精益求精、與時俱進，於是由目前在教學第一線的教師進一步編寫了第4版教材。
第4版教材在以前各版的基礎上各章都作了或多或少的補充和修改。鑒於LabVIEW是更加直觀方便的圖形化程式編譯平台，在控制工程中得到越來越多的套用，增加了LabVIEW工具在控制工程套用的內容，獨立成章，該章節由劉雲峰副教授完成。該章介紹了藉助LabVIEW，進行控制系統的數學建模、時間回響分析、頻域回響分析、系統穩定性分析和系統綜合校正設計等。同時，為了方便更好地理解掌握教材其他章節論述的概念和方法，特基於LabVIEW設計編寫了配合教材使用的控制系統動態仿真、分析、演示軟體，不僅可以完成對控制系統在時域和頻域進行特性仿真分析，還可以動態地分析和演示控制系統中不同參數及參數變化對系統特性的影響。
另外，根據實際工程和科研的基本需求和多年的教學經驗，在各章節內容論述上力求概念表達清楚準確，加強對問題的歸納說明，同時也適當增加了一些諸如內模原理和內模控制簡要介紹的內容。
全書由董景新教授整理統編。
該教材廣泛參考了國內外同類教材和其他有關文獻，保持並突出以下特點:第4版前言控制工程基礎（第4版）(1) 突出機械運動作為主要受控對象，並對其數學模型和分析綜合重點研究;
(2) 對自動調節原理基本內容表達清楚，著重基本概念的建立和解決機電控制問題的基本方法的闡明，並簡化或略去與機電工程距離較遠、較艱深的嚴格數學推導內容;
(3) 引入和編寫較多的例題與習題，便於自學;
(4) 反映機電一體化新技術和新分析方法。
對於屬於該書領域的非基本內容，但在本領域文獻中時有出現的較為繁難的部分，該教材中也作了一定介紹，其有關章節前注以“”號。
在有關LabVIEW章節的編寫中，得到NI公司中國區劉洋工程師在實驗設備和技術方面的支持幫助，並提供了部分素材，在此致謝！
該教材的編寫得到了國家高等教育精品課建設項目、北京市高等教育精品教材建設項目和清華大學精品課建設項目經費的支持，納入985清華大學名優教材立項資助，在此表示衷心感謝。
編者2014年10月
目錄
1概論1
1.1控制理論在工程中的套用和發展1
1.2自動控制系統的基本概念2
1.3控制理論在機械製造工業中的套用7
1.4課程主要內容及學時安排11
例題及習題12
2控制系統的動態數學模型15
2.1微分方程表示的基本環節數學模型15
2.2數學模型的線性化19
2.3拉氏變換及反變換21
2.4傳遞函式以及典型環節的傳遞函式31
2.5系統函式方塊圖及其簡化41
2.6系統信號流圖及梅遜公式44
2.7受控機械對象數學模型48
2.8繪製實際物理系統的函式方塊圖51
2.9控制系統數學模型的MATLAB實現58
2.10狀態空間方程的基本概念62
例題及習題66
3時域瞬態回響分析76
3.1時域回響以及典型輸入信號76
3.2一階系統的瞬態回響78
3.3二階系統的瞬態回響81
3.4時域分析性能指標87
3.5高階系統的瞬態回響91
3.6藉助MATLAB進行系統時間回響分析93
3.7時域瞬態回響的實驗方法101
例題及習題103
4控制系統的頻率特性111
4.1機電系統頻率特性的概念及其基本實驗方法111
4.2極坐標圖118
4.3對數坐標圖123
4.4由頻率特性曲線求系統傳遞函式131
4.5由單位脈衝回響求系統的頻率特性134
4.6對數幅相特性圖135
4.7控制系統的閉環頻響136
4.8機械系統動剛度的概念143
4.9藉助MATLAB進行控制系統的頻域回響分析144
4.10小結148
例題及習題148
5控制系統的穩定性分析155
5.1系統穩定性的基本概念155
5.2系統穩定的充要條件156
5.3代數穩定性判據157
5.4乃奎斯特穩定性判據163
5.5套用乃奎斯特穩定性判據分析延時系統的穩定性170
5.6由伯德圖判斷系統的穩定性174
5.7控制系統的相對穩定性177
5.8藉助MATLAB分析系統穩定性181
例題及習題183
6控制系統的誤差分析和計算189
6.1穩態誤差的基本概念189
6.2輸入引起的穩態誤差190
6.3干擾引起的穩態誤差194
6.4減小系統誤差的途徑198
6.5動態誤差係數201
例題及習題203
7控制系統的綜合與校正208
7.1系統的性能指標208
7.2系統的校正概述211
7.3串聯校正212
7.4反饋校正221
7.5用頻率法對控制系統進行綜合與校正224
7.6典型控制系統舉例235
7.7確定PID參數的其他方法246
7.8MATLAB在系統綜合校正中的套用251
7.9小結254
例題及習題254
8根軌跡法261
8.1根軌跡與根軌跡方程261
8.2繪製根軌跡的基本法則264
8.3其他參數根軌跡圖的繪製270
8.4根軌跡圖繪製舉例271
8.5系統閉環零點、極點的分布與性能指標274
8.6藉助MATLAB進行系統根軌跡分析281
例題及習題283
9控制系統的非線性問題286
9.1概述286
9.2描述函式法289
9.3相軌跡法302
9.4李雅普諾夫穩定性方法319
9.5藉助MATLAB分析系統非線性320
例題及習題32210計算機控制系統328
10.1計算機控制系統概述328
10.2線性離散系統的數學模型334
10.3線性離散系統的性能分析359
10.4計算機控制系統的模擬化設計方法367
10.5MATLAB在計算機控制系統中的套用372
例題及習題377
11基於LabVIEW的控制系統動態仿真演示軟體384
11.1LabVIEW介紹384
11.2藉助LabVIEW建立和分析控制系統387
11.3藉助LabVIEW分析控制系統的時域特性398
11.4藉助LabVIEW分析控制系統的頻率特性402
11.5藉助LabVIEW分析控制系統的穩定性412
11.6藉助LabVIEW分析控制系統的穩態誤差413
11.7LabVIEW在系統綜合校正中的套用415
11.8藉助LabVIEW進行系統根軌跡分析417
附錄A拉普拉斯變換表419
附錄B高階最優模型最佳頻比的證明423
習題參考答案426
參考文獻438
