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本書原版在2013年獲得日本計(jì)測與自動(dòng)控制學(xué)會著作獎(jiǎng),是日本大學(xué)廣泛采用的自動(dòng)控制教科書.是一本面向本科和�？茖哟蔚摹⒔Y(jié)合當(dāng)今控制技術(shù)發(fā)展的經(jīng)典控制理論教科書.為便于初學(xué)者理解,譯著對原書部分內(nèi)容進(jìn)行了編排,進(jìn)而突出了重點(diǎn),對各種數(shù)學(xué)公式的表達(dá)方式和含義進(jìn)行了詳盡的說明.特別對微分方程式與經(jīng)典控制論的關(guān)聯(lián)性、與控制學(xué)相關(guān)的數(shù)學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了充實(shí),并且結(jié)合實(shí)際應(yīng)用對PID等控制方法進(jìn)行了剖析.本書取材新穎、闡述嚴(yán)謹(jǐn)、內(nèi)容豐富、重點(diǎn)突出、推導(dǎo)詳盡、思路清晰、深入淺出、富有啟發(fā)性,便于教學(xué)與自學(xué).
本書還提供習(xí)題的詳細(xì)題解,歡迎選用教材的教師聯(lián)系策劃編輯索要,具體聯(lián)系方式如下:李小平,電話010-88379764;郵箱lixiaoping91142@163.com.

近年,經(jīng)常聽到學(xué)生提出想要制作機(jī)器人.現(xiàn)在,隨著技術(shù)的發(fā)展,用一些簡單的辦法就可以制作用遙控器操控動(dòng)作的機(jī)器人,但是這些機(jī)器人的用途有限.如果需要機(jī)器人具有較高的自動(dòng)化水平,并在實(shí)際生產(chǎn)和生活中發(fā)揮較大作用,就必須使用控制工程的知識.控制工程的適用范圍非常廣泛,可以說在工科專業(yè)中沒有不需要使用控制的領(lǐng)域.進(jìn)一步而言,在醫(yī)學(xué)和經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域,控制工程的思維方式也變得日益重要.精通控制工程的話,會使您有活躍在各種領(lǐng)域的可能性.對于大多數(shù)的學(xué)生和企業(yè)技術(shù)人員而言,雖然控制工程的知識極為重要,但都有難學(xué)和難以理解的印象.由于控制工程的適用范圍廣泛,大多數(shù)狀況下沒有特定的具體研究對象,初學(xué)時(shí)理解困難的內(nèi)容也較多.因此,作者根據(jù)自身對控制工程的理解,對經(jīng)典控制論的內(nèi)容進(jìn)行整理,以初學(xué)者易于理解為出發(fā)點(diǎn)著述此書.特別將重點(diǎn)放在適用于控制工程的數(shù)學(xué)公式的理解方法和含義的說明上.本書的內(nèi)容與現(xiàn)有的經(jīng)典控制工程教材相比,在內(nèi)容上可能存在一些不同,執(zhí)筆時(shí)的想法是期望初學(xué)者盡可能理解和掌握本課程的關(guān)鍵內(nèi)容.期待本書的讀者能對控制工程產(chǎn)生一定的興趣,也期待閱讀本書的學(xué)生會在畢業(yè)設(shè)計(jì)和研究生的研究生涯中進(jìn)行控制工程的相關(guān)研究.本書考慮了在教學(xué)中使用的便利性,按一章一節(jié)課的量將內(nèi)容分為１４章.對于經(jīng)典控制論的內(nèi)容來說,從整體上可以分為動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的解析、反饋控制系統(tǒng)的解析與設(shè)計(jì)兩大部分;對于每個(gè)具體內(nèi)容,存在時(shí)間軸和頻率軸兩種思考方法,本書的內(nèi)容即按照此方法進(jìn)行分類,如圖１所示.圖１中,小旗中的號碼表示各章的序號.閱讀本書時(shí),可按照各章的序號進(jìn)行;也可按照圖中箭頭所示順序進(jìn)行.由于我們水平所限,盡管做了很大努力,可能還是會有很多不妥甚至是錯(cuò)誤,望廣大讀者給予批評指正.本書的編寫和出版過程中,得到了各方友人的熱情關(guān)心和大力幫助,在此表示衷心的感謝.特別要感謝的是作者在學(xué)習(xí)控制工程時(shí)的導(dǎo)師和引路人九州工業(yè)大學(xué)小林敏弘名譽(yù)教授、名古屋大學(xué)大日方五郎教授、東京工業(yè)大學(xué)藤田政之教授和九州工業(yè)大學(xué)大屋勝敬教授.此外,向?qū)Ρ緯醺宓牟蛔阒幪岢鲋刚淖髡哐芯渴业母魑煌时硎靖兄x.后,向?yàn)楸緯某霭尜M(fèi)盡心力的講談社橫山真吾先生及我們的家人表示衷心的感謝.
近年,經(jīng)常聽到學(xué)生提出想要制作機(jī)器人.現(xiàn)在,隨著技術(shù)的發(fā)展,用一些簡單的辦法就可以制作用遙控器操控動(dòng)作的機(jī)器人,但是這些機(jī)器人的用途有限.如果需要機(jī)器人具有較高的自動(dòng)化水平,并在實(shí)際生產(chǎn)和生活中發(fā)揮較大作用,就必須使用控制工程的知識.控制工程的適用范圍非常廣泛,可以說在工科專業(yè)中沒有不需要使用控制的領(lǐng)域.進(jìn)一步而言,在醫(yī)學(xué)和經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域,控制工程的思維方式也變得日益重要.精通控制工程的話,會使您有活躍在各種領(lǐng)域的可能性.對于大多數(shù)的學(xué)生和企業(yè)技術(shù)人員而言,雖然控制工程的知識極為重要,但都有難學(xué)和難以理解的印象.由于控制工程的適用范圍廣泛,大多數(shù)狀況下沒有特定的具體研究對象,初學(xué)時(shí)理解困難的內(nèi)容也較多.因此,作者根據(jù)自身對控制工程的理解,對經(jīng)典控制論的內(nèi)容進(jìn)行整理,以初學(xué)者易于理解為出發(fā)點(diǎn)著述此書.特別將重點(diǎn)放在適用于控制工程的數(shù)學(xué)公式的理解方法和含義的說明上.本書的內(nèi)容與現(xiàn)有的經(jīng)典控制工程教材相比,在內(nèi)容上可能存在一些不同,執(zhí)筆時(shí)的想法是期望初學(xué)者盡可能理解和掌握本課程的關(guān)鍵內(nèi)容.期待本書的讀者能對控制工程產(chǎn)生一定的興趣,也期待閱讀本書的學(xué)生會在畢業(yè)設(shè)計(jì)和研究生的研究生涯中進(jìn)行控制工程的相關(guān)研究.本書考慮了在教學(xué)中使用的便利性,按一章一節(jié)課的量將內(nèi)容分為１４章.對于經(jīng)典控制論的內(nèi)容來說,從整體上可以分為動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的解析、反饋控制系統(tǒng)的解析與設(shè)計(jì)兩大部分;對于每個(gè)具體內(nèi)容,存在時(shí)間軸和頻率軸兩種思考方法,本書的內(nèi)容即按照此方法進(jìn)行分類,如圖１所示.圖１中,小旗中的號碼表示各章的序號.閱讀本書時(shí),可按照各章的序號進(jìn)行;也可按照圖中箭頭所示順序進(jìn)行.由于我們水平所限,盡管做了很大努力,可能還是會有很多不妥甚至是錯(cuò)誤,望廣大讀者給予批評指正.本書的編寫和出版過程中,得到了各方友人的熱情關(guān)心和大力幫助,在此表示衷心的感謝.特別要感謝的是作者在學(xué)習(xí)控制工程時(shí)的導(dǎo)師和引路人九州工業(yè)大學(xué)小林敏弘名譽(yù)教授、名古屋大學(xué)大日方五郎教授、東京工業(yè)大學(xué)藤田政之教授和九州工業(yè)大學(xué)大屋勝敬教授.此外,向?qū)Ρ緯醺宓牟蛔阒幪岢鲋刚淖髡哐芯渴业母魑煌时硎靖兄x.后,向?yàn)楸緯某霭尜M(fèi)盡心力的講談社橫山真吾先生及我們的家人表示衷心的感謝.
佐藤和也　平元和彥　平田研二
２０１０年夏

目錄
譯者序
原書前言
第1章控制概念與微分方程的關(guān)聯(lián)1
11位置、速度和加速度的關(guān)系1
12微分的含義2
13微分方程的含義3
14指數(shù)函數(shù)的性質(zhì)4
15何謂控制5
16系統(tǒng)和數(shù)學(xué)模型6
17手動(dòng)控制和自動(dòng)控制7
18前饋控制和反饋控制8
第2章系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型12
21靜態(tài)系統(tǒng)12
22動(dòng)態(tài)系統(tǒng)13
221機(jī)械系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型13
222電氣系統(tǒng)的模型15
23直流電機(jī)的模型17
第3章傳遞函數(shù)的作用21
31拉普拉斯變換的概念21
32傳遞函數(shù)23
33傳遞函數(shù)與系統(tǒng)框圖24
331基本概念24
332系統(tǒng)框圖的變換26
333系統(tǒng)框圖的應(yīng)用實(shí)例28
34系統(tǒng)的相似30
35拉普拉斯變換33
351拉普拉斯變換的定義33
352拉普拉斯變換的性質(zhì)33
353基本函數(shù)的拉普拉斯
變換35
354拉普拉斯逆變換36
第4章動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的響應(yīng)39
41動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的響應(yīng)39
42脈沖響應(yīng)及其計(jì)算39
43脈沖響應(yīng)：微分方程41
44脈沖響應(yīng)：傳遞函數(shù)42
45階躍響應(yīng)43
46階躍響應(yīng)的計(jì)算方法43
第5章系統(tǒng)的響應(yīng)特性48
51瞬態(tài)特性和穩(wěn)態(tài)特性48
52一階延遲系統(tǒng)的響應(yīng)50
521脈沖響應(yīng)50
522單位階躍響應(yīng)51
53系統(tǒng)的極點(diǎn)53
第6章二階延遲系統(tǒng)的響應(yīng)57
61二階延遲系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)57
611脈沖響應(yīng)的計(jì)算57
612脈沖響應(yīng)的解析59
62二階延遲系統(tǒng)的階躍響應(yīng)61
621單位階躍響應(yīng)的計(jì)算61
622單位階躍響應(yīng)的解析63
63響應(yīng)與極點(diǎn)的關(guān)系65
第7章極點(diǎn)與穩(wěn)定性71
71穩(wěn)態(tài)特性71
72瞬態(tài)特性與穩(wěn)定性74
721穩(wěn)定性74
722系統(tǒng)穩(wěn)定性的判定：由單位
階躍響應(yīng)的計(jì)算入手74
723瞬態(tài)特性與極點(diǎn)的關(guān)系77
724勞斯穩(wěn)定判別法78
第8章控制系統(tǒng)的構(gòu)成及其穩(wěn)定性83
81控制器的設(shè)計(jì)83
82控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性84
821前饋控制系統(tǒng)85
822反饋控制系統(tǒng)86
83控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)86
831前饋控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)87
832前饋控制系統(tǒng)的特征89
833反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)89
834反饋控制系統(tǒng)的特征93
第9章PID控制99
91控制器的示例99
911P控制：基本形式99
912PI控制：過去偏差信息的
使用100
913PID控制：未來偏差信息的
使用103
92控制器設(shè)計(jì)參數(shù)的取值與控制
系統(tǒng)極點(diǎn)的關(guān)系104
921P控制104
922PI控制106
923PID控制108
第10章反饋控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性111
101穩(wěn)態(tài)誤差111
102對于目標(biāo)值的穩(wěn)態(tài)誤差112
103對于外界干擾的穩(wěn)態(tài)
誤差113
104內(nèi)部模型原理114
第11章頻率特性的解析120
111頻率響應(yīng)120
112頻率特性122
1121基本特性122
1122一階延遲系統(tǒng)的頻率
特性123
1123關(guān)于伯德圖的橫軸123
113基本要素的頻率特性125
1131比例要素125
1132積分要素125
1133微分要素125
1134一階延遲要素126
1135一階超前要素128
第12章伯德圖的相關(guān)特性與頻率傳遞
函數(shù)134
121伯德圖的合成134
122引起共振的二階延遲系統(tǒng)
伯德圖140
123帶寬與階躍響應(yīng)的關(guān)系141
124頻率傳遞函數(shù)144
1241一階延遲系統(tǒng)的頻率傳遞
函數(shù)144
1242一般形式的頻率傳遞
函數(shù)146
125矢量軌跡146
第13章奈奎斯特穩(wěn)定判別法152
131反饋控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性：用
穩(wěn)定裕度來考慮152
132反饋控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性：
特性多項(xiàng)式154
133奈奎斯特穩(wěn)定判別法：
準(zhǔn)備156
134奈奎斯特穩(wěn)定判別法：使用
方法157
135奈奎斯特穩(wěn)定判別法的
簡化159
136穩(wěn)定裕度：相位裕度和增益
裕度161
第14章基于回路整形法的反饋控制
系統(tǒng)設(shè)計(jì)169
141控制系統(tǒng)的性能評價(jià)與回路
整形169
142回路整形的思考方法170
143基于相位延遲控制器的反饋
控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)173
144基于相位超前控制器的反饋
控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)175
145基于相位延遲/相位超前控制
器的反饋控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)177
附錄186
附錄1一階延遲系統(tǒng)頻率響應(yīng)的
推導(dǎo)186
附錄2奈奎斯特穩(wěn)定判別法的
推導(dǎo)188
參考文獻(xiàn)192

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