线性控制系统工程 (2008 年度畅销榜NO.9934 )

本书的定位是要为机械工程，电机工程，电子工程，计算机工程等非控制工程专业的酶生提供一本内容适度，衫性强的学时较少的控制理论教材。内容覆盖了经典控制理论和现代控制理论的基础部分，方法包括了频率响应法，根轨迹法和状态空间法。本书已被美国多所知名大学采用作为电子工程等专业的酶层次和控制理论教材或主要教学参考书。
本书的主要特点是，从非控制工程专业酶生对控制理论的需求和教学学时相对要少的实情出发，在体系结构和安排上作了富有新意的改革。例如，破除章节式结构，设立专题：破除按一个结论引入例子的惯例，增加来自不同专业背景的研究案例

译者序
前言
作者介绍
第1单元反馈控制引论
习题
第2单元传递函数和方框图代数
1.传递函数
2.方框图代数
习题
第3单元一阶系统
1.脉冲响应
2.阶跃响应
3.斜坡响应
4.谐波响应
5.一阶反馈系统
6.复平面表示法：极点和零点
7.一阶系统的极点和零点
8.主导极点
习题
第4单元二阶系统
1.二阶电气系统
2.阶跃响应
习题
第5单元二阶系统的时域响应
1.斜坡响应
2.谐波响应
3.系统极点和暂态响应的关系
4.时域性能指标
习题
第6单元二阶系统：干扰抑制和速度反馈
1.开环和闭环干扰抑制
2.速度反馈的影响
习题
第7单元高阶系统
1.降为低阶系统
2.三阶系统
3.闭环零点的影响
4.闭环零点的出现
习题
第8单元系统的型：稳态误差
1.脉冲输入
2.阶跃输入
3.斜坡输入
4.加速度输入
5.非单位反馈控制系统
习题
第9单元劳斯方法、根轨迹：幅值和相角方程
1.劳斯稳定判据
2.根轨迹方法：幅值和相角方程
第11单元应用根轨迹设计系统
1.多环系统
2.复平面上的系统设计
3.性能要求描述为复平面上的约束
4.稳态误差
5.对应“好”响应的复平面上的期望区域
习题
第12单元频率响应和奈奎斯特图
1.频率响应
2.由传递函数转化为奈奎斯特图
习题
第13单元奈奎斯特稳定判据
1.保角映射：柯西定理
2.用于稳定性判定
3.奈奎斯特稳定性的一些说明
4.奈奎斯特稳定判据的另一种方法
习题
第14单元奈奎斯特分析和相对稳定性
1.条件稳定性
2.增益裕度和相位裕度
习题
第15单元伯德图
1.简单传递函数的伯德图
2.复合传递函数的伯德图
3.各环节的伯德图
习题
第“单元伯德分析、稳定性、增益裕度和相位裕度
1.条件稳定
2.伯德图中的增益裕度和相位裕度
3.系统的型和由伯德图得出的稳态误差
4.进一步讨论增益裕度和相位裕度
习题
第17单元由频率响应得到时域响应
1.由根轨迹得到伯德图
2.由开环相位裕度得到闭环时间响应
3.高阶系统的时间响应
习题
第18单元频域指标和闭环频率响应
1.频域指标
2.由奈奎斯特图得到闭环频率响应
3.由伯德图得到闭环频率响应
4.由奈奎斯特图得到期望材p的增益
5.由尼科尔斯图得到期望材p的增益
6.非单位反馈增益系统
习题
第19单元相位超前校正
1.多约束设计
2.相位超前环节的传递函数
3.相位超前校正过程
4.相位超前校正的结果及适用性的评论
习题
5.超前滞后环节的传递函数
6.超前-滞后校正过程
习题
第20单元 相位滞后及超前-滞后校正
1． 相位滞后环节的传递函数
2． 相位滞后校正过程
3． 相位滞后校正的几点说明
4.超前-滞后校正
第21单元多模态控制器
1.比例控制
2.比例积分控制
3.比例微分控制
4.比例积分微分控制
习题
第22单元状态空间系统描述
1.由传递函数转化为状态空间形式
2.由状态空间形式转化为传递函数
3.状态变量的变换和系统特征向量的不变性
4.标准形和解耦系统
5.特征值和系统极点之间的关系
习题
第23单元状态空间系统的响应、能控性和能观性
1.状态方程的直接数值解
2.用状态转移矩阵求解
3.用拉普拉斯变换求解
4.系统稳定性
5.能控性和能观性
习题
第24单元状态空间控制器的设计
1.通过与特征方程比较来直接计算增益
2.通过状态方程的控制标准形实现极点配置
3.通过阿克曼公式实现极点配置
习题
第25单元状态空间观测器的设计
1.观测器的合成

“LinearContro[SystemsEngineering”是一本不可多得的好教材，内容新颖，题材广泛，结构别具一格，分析透彻生动，理论紧密联系实际，目前已被美国多所知名大学作为本科层次的控制理论教材或主要教学参考书。该原版教材作为首批《国际知名大学原版教材信息技术学科与电气工程学科系列》之一，已由清华大学出版社出版，并在国内多所高校的自动控制理论双语教学中得到了应用。为了在国内高校教学中进一步推广和普及该书，促进高校教学的国际化进程，译者在两年多自动控制理论双语教学基础上，将教学过程中不同章节的翻译手稿做了进一步的整理和修改，汇总为本书。 本书最大的特点是将理论与工程实践紧密联系在一起。书中的例题和习题引入了大量的实际控制系统，特别是在最后部分专门给出了7个不同专业领域的控制系统设计案例，这些系统的类型实际多样，设计方法的选择各不相同，所应用的知识综合灵活，非常有利于读者深入理解控制科学的基本理论和基本方法，并将所学知识应用到实际系统的工程设计中。 若将本书与原版教材相结合进行学习，可以提高读者专业英语水平和英文科技文献的阅读能力。 本书适用于普通高等院校控制类专业本科生，对自动控制课程有较高要求的非控制类本科生和研究生作为教材或参考书之用，也可供相关领域的工程师和技术人员作为自学参考之用。 本书的第，2629单元由上海理工大学电气工程学院的李少龙翻译，第3032单元由广东省电信公司广州市分公司的李航天翻译，其余部分由广东工业大学自动化学院的金爱娟博士翻译。南京理工大学的杨成梧教授对本书进行了审阅。全书由金爱娟博士进行统稿。 本书在翻译过程中得到了清华大学出版社、广东工业大学教务处和自动化学院以及其他老师的大力支持和帮助。清华大学出版社的王一玲老师、广东工业大学自动化学院的邓则名副教授和陈林康副教授对本书的翻译提出了很多宝贵的意见和建议。另外，还有几名硕士研究生和本科生在翻译过程中做了很多具体工作。在此，译者对这些单位和个人表示衷心的感谢 原版教材中有个别错误，译者已经做了纠正。由于译者的水平所限，错误和不当之处在所难免，敬请读者批评指正。若有什么宝贵意见和建议也请直接和译者联系，电子信箱是ajin@126.com。

在过去的二十来年中，尽管我一直在向机械工程的本科生讲授线性控制系统工程，但却从未激起过撰写有关该学科教科书的念头，直到我第一次有机会在一个学期中同时讲授控制学和动力学。这使我能够直接比较这两门学科的结构、风格以及学生对指定教科书的使用情况。这样的比较是相当有启发性的。 这两本书都已经面世十几年，并且已经出版了几个版本。当时，控制学课本和动力学课本都是最畅销的，然而，它们的风格却很不一样。动力学课本是按以下格式撰写的： .每个主题由相对独立的专题内容组成，每个专题的内容刚好适合在一次课中讲解； .接着，用两三道例题向学生讲解如何应用这个专题内容来解决工程问题； .最后，给出几道作业题，使学生能够测试自己对这些内容的理解情况。 而控制学课本则是以比较传统的风格撰写的，即由几章组成，每章有50页左右的内容，随后有20道左右的习题。 在讲授这两门课程时，学生明显会更多地使用动力学课本。他们没有被每次课所包含的大量内容所吓倒，丰富的例题与习题不仅保证了他们可以对内容的理解程度进行自我评估，而且使得学生对该学科结构有更好的构想。从教师的角度来看，使用已经分成适合授课量的内容会使得课程计划的编排更加容易。 在本书中，我设法使用了与刚描述过的动力学课本相同的方法。我希望内容的模块化特点能使这本书与授课课程紧密关联，尽管仍然有足够的灵活性允许教师增加其他的主题或者略过他(她)认为学生们已经 掌握的内容。基于学生对我讲授过的控制学课程的评论，关于解题的同感看起来是：①例题越多越好；②学生喜欢例题中有更详细的解法。在本书中，我已经设法解决了这两个问题。特别是在每个单元的末尾包含了具有详细解法的例题，这样学生就可以看到前面内容的应用。为了使学生理解如何利用控制系统分析这种基本手段来进行复杂工程系统的设计，我还在第25单元后面增加了几个设计案例的研究。在许多案例中，它们展示了几种可供选择的方法来达到要求的性能，而且向学生提供了一种构想，即本书中描述的各种分析题如何才能使用、综合和应用到实际工程系统中。 当初，本书主要是打算针对机械工程的本科生，尽管其他工程学科的学生会发现这些内容与他们的领域区别不大。在大多数领域中，传统的系统分支包括： 介绍性的系统建模课程大学二年级； 线性控制系统课程大学三年级； 先进控制课程大学四年级。 本书针对的是大学三年级的课程，并假设学生已经熟悉系统建模。本书包含了一些这方面的内容，但仅仅是为了提供向控制学的平滑过渡而非讲授建立物理模型的方法。 关于为本书提供软件应用的问题，目的是强调控制学的基础，而不是侧重于计算方法或计算工具。鼓励学生在适当的地方使用任何一种可利用的软件，所举例子中已使用了FORTRAN，BASIC代码和像MATLAB那样的商用软件包。对于课本中涉及的一些虽然不难但处理费时的问题，强烈推荐使用像MATLAB或MATRIX这样的商业软件包。 最后，我要感谢许多帮助我撰写本书的人们。McGraw-Hill的员工使得本书的出版过程如任何作者所期盼的那样令人愉快。我在爱丁堡大学、罗德艾兰州大学、德州A&M和海军研究生院的学生及同事都应得到我的致意，这是由于多年来他们审阅内容和研讨问题的热心以及对我工作的广泛支持。特别值得一提的是AlanLinnett，FotisPapoulias和TonyHealey。以下审阅者提供了许多有用的意见和建议：西维吉利亚大学的Larry Banta，Drexel大学的Neyram Hemati，网林顿德州大学的David Hullendar，新墨西哥州大学的LeoLaFrance，威斯康星州大学的RonaldA.Perez，以及俄克拉荷马州大学的Milwaukee和GaryYoung。本文中所有的错误皆属于我本人。最后，最大的谢意献给我的妻子珍尼和孩子Joanne，Chris和Fiona。他们给予我无限的鼓励、帮助、动力和能力，使我能够以正确的观点去看待生命中所有的快乐和失望。