本書(shū)為自動(dòng)控制系統(tǒng)的經(jīng)典教材， 詳細(xì)介紹了連續(xù)控制系統(tǒng)（包括電氣系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、流體動(dòng)力系統(tǒng)和熱力系統(tǒng)）的數(shù)學(xué)模型建模方法， 動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)分析方法， 根軌跡分析和設(shè)計(jì)方法， 頻率域的分析和設(shè)計(jì)方法， 以及PID控制器和變形PID控制器的設(shè)計(jì)方法；同時(shí)還比較詳細(xì)地介紹了現(xiàn)代控制理論中的核心內(nèi)容， 即狀態(tài)空間分析和設(shè)計(jì)方法。*后還簡(jiǎn)要地介紹了20世紀(jì)80~90年代發(fā)展起來(lái)的稱(chēng)為"后現(xiàn)代控制理論的魯棒控制系統(tǒng)。全書(shū)自始至終貫穿了用MATLAB工具分析和設(shè)計(jì)各類(lèi)控制系統(tǒng)問(wèn)題。
譯者序
Modern Control Engineering是美國(guó)明尼蘇達(dá)大學(xué)Ogata教授撰寫(xiě)的一部控制系統(tǒng)的國(guó)際通用教材。它可以作為大學(xué)工科高年級(jí)本科生或研究生用的控制系統(tǒng)教材。該書(shū)第一版曾于1976年在我國(guó)由譯者翻譯成中文，并由科學(xué)出版社出版發(fā)行。該書(shū)首次成功地將20世紀(jì)40~50年代發(fā)展起來(lái)的經(jīng)典控制理論，與20世紀(jì)60~70年代發(fā)展起來(lái)的現(xiàn)代控制理論融為一體，形成了一部新型的控制系統(tǒng)教材。由于其內(nèi)容新穎、豐富，物理概念闡述得比較清楚，聯(lián)系實(shí)際廣泛、密切，并配有大量的例題和習(xí)題，所以受到了讀者的歡迎。隨后，譯者又先后對(duì)該書(shū)第二版至第四版進(jìn)行了翻譯。該書(shū)第二版的特點(diǎn)是增加了極點(diǎn)配置、狀態(tài)觀測(cè)器和控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真研究?jī)?nèi)容，并且于1993年由中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)儒林圖書(shū)有限公司出版發(fā)行繁體中文版。第三版和第四版分別于2000年和2003年由電子工業(yè)出版社出版發(fā)行。第三版的特點(diǎn)是融入了MATLAB應(yīng)用的內(nèi)容。第四版的特點(diǎn)是刪去了李雅普諾夫穩(wěn)定性分析，增加了二自由度控制的內(nèi)容，并且擴(kuò)展了MATLAB的應(yīng)用范圍。
該書(shū)第五版于2010年初問(wèn)世，譯者受電子工業(yè)出版社之約，為能有機(jī)會(huì)將該書(shū)新版譯成中文而感到榮幸。與第四版相比，第五版在內(nèi)容上進(jìn)行了較大的修訂。首先，刪減了一些人們比較熟悉的內(nèi)容，如信號(hào)流圖和拉普拉斯變換等，并且將原書(shū)的12章精簡(jiǎn)到了10章，突出了控制系統(tǒng)中的特色內(nèi)容；其次，進(jìn)一步充實(shí)和完善了MATLAB應(yīng)用方面的內(nèi)容；第三，增加了20世紀(jì)末發(fā)展起來(lái)的所謂后現(xiàn)代控制理論的內(nèi)容，作為代表，初步介紹了魯棒控制理論及H無(wú)窮大控制概念；最后，應(yīng)當(dāng)指出，第五版繼承了前版本的原有特點(diǎn)。
Modern Control Engineering于20世紀(jì)70年代初問(wèn)世，至今已歷經(jīng)40年。由于作者對(duì)該書(shū)的不斷修訂和更新，該書(shū)在國(guó)際上一直受到好評(píng)。該書(shū)已被翻譯成中、法、俄、日、西班牙等多種文字出版。并且，據(jù)作者統(tǒng)計(jì)，早在20世紀(jì)末，世界上已有100多所大學(xué)將該書(shū)選為控制系統(tǒng)教材，是一本名副其實(shí)的國(guó)際通用教材。該書(shū)1976年在我國(guó)翻譯出版以來(lái)，多年來(lái)一直受到眾多讀者的歡迎。為了滿(mǎn)足市場(chǎng)需求，到2007年為止，該書(shū)第一版至第四版的累計(jì)印刷次數(shù)已達(dá)15次之多。
譯者在翻譯過(guò)程中，保留了原書(shū)的部分書(shū)寫(xiě)規(guī)則，對(duì)書(shū)中的重要定理和公式進(jìn)行了推導(dǎo)和驗(yàn)證，修正了發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤和疏漏之處。
本書(shū)第1章至第8章及附錄部分由北京航空航天大學(xué)盧伯英教授翻譯，第9章和第10章由西北工業(yè)大學(xué)佟明安教授翻譯，盧伯英教授對(duì)全書(shū)進(jìn)行了統(tǒng)一審校。
本書(shū)在翻譯過(guò)程中得到了羅維銘、肖順達(dá)、章再貽、張英娟、李雅萍等教授的支持和幫助，譯者在此向他們表示衷心感謝。
由于譯者水平有限，難免有錯(cuò)誤與不當(dāng)之處，敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正。
前言
本書(shū)介紹了控制系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)中的一些重要概念。讀者將會(huì)發(fā)現(xiàn)，這是一本清晰易懂，適用于高等院校控制系統(tǒng)課程的教科書(shū)。它是為學(xué)習(xí)電氣、機(jī)械、航空航天或化學(xué)工程的大學(xué)高年級(jí)學(xué)生編寫(xiě)的。讀者在學(xué)習(xí)本書(shū)之前，應(yīng)具備下列預(yù)備知識(shí)：微分方程方面的基礎(chǔ)課程，拉普拉斯變換，向量矩陣分析，電路分析，力學(xué)和熱力學(xué)基礎(chǔ)。
在這一版中，本書(shū)進(jìn)行了下列主要修訂：
● 增加了利用MATLAB求控制系統(tǒng)對(duì)各種輸入量響應(yīng)的內(nèi)容。
● 證明了利用MATLAB實(shí)現(xiàn)計(jì)算最佳化方法的有效性。
● 全書(shū)增加了一些新的例題。
● 刪去了前一版中較次要的材料，以便為更重要的主題提供必要的空間。書(shū)中刪去了信號(hào)流圖，也刪去了拉普拉斯變換一章，但新增了拉普拉斯變換表及利用MATLAB的部分分式展開(kāi)（分別見(jiàn)附錄A和附錄B）。
● 在附錄C中，提供了對(duì)向量矩陣分析的簡(jiǎn)短概括。這將有助于讀者求解nn矩陣的逆矩陣，而這種求解有可能包含在控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)中。
本書(shū)的這一版編排成10章。其內(nèi)容可以概括如下。第1章是對(duì)控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)介。第2章涉及控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并且介紹了非線性數(shù)學(xué)模型的線性化方法。第3章導(dǎo)出了機(jī)械系統(tǒng)和電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。第4章討論流體系統(tǒng)（諸如液位系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)）和熱力系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。
第5章處理控制系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)分析，廣泛采用MATLAB獲取瞬態(tài)響應(yīng)曲線。為了進(jìn)行控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析，本章介紹了勞斯穩(wěn)定判據(jù)和赫爾維茨穩(wěn)定判據(jù)。
第6章討論了控制系統(tǒng)的根軌跡分析和設(shè)計(jì)，包括正反饋系統(tǒng)和條件穩(wěn)定系統(tǒng)。關(guān)于用MATLAB繪制根軌跡，在本章中進(jìn)行了詳細(xì)討論。本章還包括了利用根軌跡法設(shè)計(jì)超前、滯后和滯后-超前校正裝置。
第7章討論控制系統(tǒng)的頻率響應(yīng)分析和設(shè)計(jì)，并且以容易理解的方式，介紹了奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)。用來(lái)進(jìn)行超前、滯后和滯后-超前校正裝置設(shè)計(jì)的伯德圖法，也在本章中進(jìn)行了介紹。
第8章涉及基本的和變形的PID控制器。
本章詳細(xì)地討論了為獲得PID控制器的最佳參數(shù)值，特別是為滿(mǎn)足階躍響應(yīng)特性的要求而采用的計(jì)算方法。
第9章介紹控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間分析。本章詳細(xì)地討論了可控性和可觀測(cè)性概念。
第10章涉及控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間設(shè)計(jì)。討論包括極點(diǎn)配置、狀態(tài)觀測(cè)器和二次型最佳控制。本章最后對(duì)魯棒控制系統(tǒng)進(jìn)行了初步討論。
本書(shū)的編排有助于學(xué)生逐步地理解控制理論。在知識(shí)的介紹過(guò)程中，精心地避開(kāi)了高深的數(shù)學(xué)論證。書(shū)中也提供了一些命題的證明，這些證明過(guò)程有助于深入理解書(shū)中介紹的主要內(nèi)容。
從戰(zhàn)略角度出發(fā)，本書(shū)在提供例題方面做出了特別努力，從而使讀者能夠更清楚地理解書(shū)中討論的主題。此外，除第1章以外，每一章后面都提供了一些有解答的習(xí)題（A類(lèi)題），建議讀者認(rèn)真地學(xué)習(xí)所有這些帶有解答的習(xí)題，這將有助于讀者深入地理解所討論的課題。另外，除第1章以外，在每一章的后面還提供了許多待解的習(xí)題，這些待解的習(xí)題（B類(lèi)題）可以作為課后作業(yè)或者測(cè)驗(yàn)題。
如果本書(shū)作為一學(xué)期的課程教材（共計(jì)約56學(xué)時(shí)），則書(shū)中的大部分內(nèi)容都可以講授，只需根據(jù)情況略去部分內(nèi)容。由于書(shū)中包括大量例題和帶解答的習(xí)題（A類(lèi)題），它可以回答讀者可能產(chǎn)生的許多問(wèn)題，所以對(duì)于希望學(xué)習(xí)控制理論基礎(chǔ)知識(shí)的實(shí)際工程人員，本書(shū)也可以作為自學(xué)教材。
我衷心感謝本書(shū)這一版的評(píng)閱人，美國(guó)康奈爾大學(xué)的Mark Campbell，亞利桑那大學(xué)的Henry Sodano和艾奧瓦大學(xué)的Atul G. Kelkar。最后，我要對(duì)副編輯Alice Dworkin女士、高級(jí)總編輯Scott Disanno先生及所有參與這項(xiàng)出版計(jì)劃的人們，表示誠(chéng)摯的謝意，感謝他們?yōu)楸緯?shū)迅速和高質(zhì)量的出版所做的工作。
Katsuhiko
Ogata
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