控制工程基础 原书第2版

本书是日本各大学广泛采用的经典自动控制教科书。2013年日本计测与自动控制学会著作奖图书。强烈推荐此书给正在大学教控制工程的老师，它能将复杂抽象的控制工程变得简单易懂。 本书具有以下显著优点： 1、控制工程的思维方式培养，使您轻松打通各个领域。 2、跳出传统控制工程教材误区，以初学者容易理解为出发点，深入浅出，化繁为简，将抽象内容具体化，让控制工程不再难懂。 ?3、重点突出，着重讲解控制工程的数学式理解方法和含义的说明，尤其是对微分方程式与经典控制论的关联性、结合实际应用的PID等控制方法的反复说明，让您透彻理解控制工程理论。?4、整体架构明确清晰：从传统控制理论入手，对每个具体问题，从动态系统的解析、反馈控制系统的解析和设计两大部分入手；用时间轴和频率轴两种思考方法反复强化，以期达到控制工程思维方式培养的目的。?5、丰富的习题和详细的习题答案，更让您从轻松愉快学会到举一反三。

本书原版在2013年获得日本计测与自动控制学会著作奖，是日本大学广泛采用的自动控制教科书。是一本面向本科和专科层次的、结合当今控制技术发展的经典控制理论教科书。为便于初学者理解，译著对原书部分内容进行了编排，进而突出了重点，对各种数学公式的表达方式和含义进行了详尽的说明。特别对微分方程式与经典控制论的关联性、与控制学相关的数学内容进行了充实，并且结合实际应用对PID等控制方法进行了剖析。本书取材新颖、阐述严谨、内容丰富、重点突出、推导详尽、思路清晰、深入浅出、富有启发性，便于教学与自学。

佐藤和也：工学博士，1996年，在日本九州工业大学研究生院工学研究学科设计生产工学专业获工学博士学位。现为佐贺大学教育研究院自然科学领域理工学系教授。平元和彦：工学博士，1994年，在秋田大学研究生院矿山学研究学科生产机械工学专业获工学博士学位。现为新潟大学研究生院自然科学研究学科教授。平田研二：信息科学博士，1999年，在北陆先端科学技术大学研究生院信息科学研究学科信息系统学专业获博士学位。现为富山大学学术研究部工学系教授。

译者序
原书前言
第1章控制概念与微分方程的关联1
1.1位置、速度和加速度的关系1
1.2微分的含义2
1.3微分方程的含义3
1.4指数函数的性质4
1.5何谓控制5
1.6系统和数学模型6
1.7手动控制和自动控制7
1.8前馈控制和反馈控制8
第2章系统的数学模型12
2.1静态系统12
2.2动态系统13
2.2.1机械系统的数学模型13
2.2.2电气系统的模型15
2.3直流电机的模型17
第3章传递函数的作用21
3.1拉普拉斯变换的概念21
3.2传递函数23
3.3传递函数与系统框图24
3.3.1基本概念24
3.3.2系统框图的变换26
3.3.3系统框图的应用实例28
3.4系统的相似30
3.5拉普拉斯变换33
3.5.1拉普拉斯变换的定义33
3.5.2拉普拉斯变换的性质33
3.5.3基本函数的拉普拉斯变换35
3.5.4拉普拉斯逆变换36
第4章动态系统的响应39
4.1动态系统的响应39
4.2脉冲响应及其计算39
4.3脉冲响应：微分方程41
4.4脉冲响应：传递函数42
4.5阶跃响应43
4.6阶跃响应的计算方法43
第5章系统的响应特性48
5.1瞬态特性和稳态特性48
5.2一阶延迟系统的响应50
5.2.1脉冲响应50
5.2.2单位阶跃响应51
5.3系统的极点53
第6章二阶延迟系统的响应57
6.1二阶延迟系统的脉冲响应57
6.1.1脉冲响应的计算57
6.1.2脉冲响应的解析59
6.2二阶延迟系统的阶跃响应61
6.2.1单位阶跃响应的计算61
6.2.2单位阶跃响应的解析63
6.3响应与极点的关系65
第7章极点与稳定性71
7.1稳态特性71
7.2瞬态特性与稳定性74
7.2.1稳定性74
7.2.2系统稳定性的判定：由单位阶跃响应的计算入手74
7.2.3瞬态特性与极点的关系77
7.2.4劳斯稳定判别法78
第8章控制系统的构成及其稳定性83
8.1控制器的设计83
8.2控制系统的稳定性84
8.2.1前馈控制系统85
8.2.2反馈控制系统86
8.3控制系统的设计86
8.3.1前馈控制系统的设计87
8.3.2前馈控制系统的特征89
8.3.3反馈控制系统的设计89
8.3.4反馈控制系统的特征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：过去偏差信息的使用100
9.1.3PID控制：未来偏差信息的使用103
9.2控制器设计参数的取值与控制系统极点的关系104
9.2.1P控制104
9.2.2PI控制106
9.2.3PID控制108
第10章反馈控制系统的稳态特性111
10.1稳态误差111
10.2对于目标值的稳态误差112
10.3对于外界干扰的稳态误差113
10.4内部模型原理114
第11章频率特性的解析120
11.1频率响应120
11.2频率特性122
11.2.1基本特性122
11.2.2一阶延迟系统的频率特性123
11.2.3关于伯德图的横轴123
11.3基本要素的频率特性125
11.3.1比例要素125
11.3.2积分要素125
11.3.3微分要素125
11.3.4一阶延迟要素126
11.3.5一阶超前要素128
第12章伯德图的相关特性与频率传递函数134
12.1伯德图的合成134
12.2引起共振的二阶延迟系统伯德图140
12.3带宽与阶跃响应的关系141
12.4频率传递函数144
12.4.1一阶延迟系统的频率传递函数144
12.4.2一般形式的频率传递函数146
12.5矢量轨迹146
第13章奈奎斯特稳定判别法152
13.1反馈控制系统的稳定性：用稳定裕度来考虑152
13.2反馈控制系统的稳定性：特性多项式154
13.3奈奎斯特稳定判别法：准备156
13.4奈奎斯特稳定判别法：使用方法157
13.5奈奎斯特稳定判别法的简化159
13.6稳定裕度：相位裕度和增益裕度161
第14章基于回路整形法的反馈控制系统设计169
14.1控制系统的性能评价与回路整形169
14.2回路整形的思考方法170
14.3基于相位延迟控制器的反馈控制系统设计173
14.4基于相位超前控制器的反馈控制系统设计175
14.5基于相位延迟/相位超前控制器的反馈控制系统设计177
附录186
附录1一阶延迟系统频率响应的推导186
附录2奈奎斯特稳定判别法的推导188
参考文献192