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本書原版在2013年獲得日本計測與自動控制學(xué)會著作獎,是日本大學(xué)廣泛采用的自動控制教科書.是一本面向本科和�？茖哟蔚�、結(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)容進行了編排,進而突出了重點,對各種數(shù)學(xué)公式的表達方式和含義進行了詳盡的說明.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)容進行了充實,并且結(jié)合實際應(yīng)用對PID等控制方法進行了剖析.本書取材新穎、闡述嚴(yán)謹(jǐn)、內(nèi)容豐富、重點突出、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作的機器人,但是這些機器人的用途有限.如果需要機器人具有較高的自動化水平,并在實際生產(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.進一步而言,在醫(yī)學(xué)和經(jīng)濟等領(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)容進行整理,以初學(xué)者易于理解為出發(fā)點著述此書.特別將重點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)計和研究生的研究生涯中進行控制工程的相關(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態(tài)系統(tǒng)的解析、反饋控制系統(tǒng)的解析與設(shè)計兩大部分;對于每個具體內(nèi)容,存在時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,可按照各章的序號進行;也可按照圖中箭頭所示順序進行.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)控制工程時的導(dǎo)師和引路人九州工業(yè)大學(xué)小林敏弘名譽教授、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,向為本書的出版費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作的機器人,但是這些機器人的用途有限.如果需要機器人具有較高的自動化水平,并在實際生產(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.進一步而言,在醫(yī)學(xué)和經(jīng)濟等領(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)容進行整理,以初學(xué)者易于理解為出發(fā)點著述此書.特別將重點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)計和研究生的研究生涯中進行控制工程的相關(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態(tài)系統(tǒng)的解析、反饋控制系統(tǒng)的解析與設(shè)計兩大部分;對于每個具體內(nèi)容,存在時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,可按照各章的序號進行;也可按照圖中箭頭所示順序進行.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)控制工程時的導(dǎo)師和引路人九州工業(yè)大學(xué)小林敏弘名譽教授、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,向為本書的出版費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手動控制和自動控制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動態(tài)系統(tǒng)13
221機械系統(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章動態(tài)系統(tǒng)的響應(yīng)39
41動態(tài)系統(tǒng)的響應(yīng)39
42脈沖響應(yīng)及其計算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)的計算61
622單位階躍響應(yīng)的解析63
63響應(yīng)與極點的關(guān)系65
第7章極點與穩(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)的計算入手74
723瞬態(tài)特性與極點的關(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86
831前饋控制系統(tǒng)的設(shè)計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)計參數(shù)的取值與控制
系統(tǒng)極點的關(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169
141控制系統(tǒng)的性能評價與回路
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173
144基于相位超前控制器的反饋
控制系統(tǒng)設(shè)計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192

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