工科學(xué)生學(xué)習(xí)自動控制理論和方法的目的是培養(yǎng)將其應(yīng)用于各自的專業(yè)方向上解決實際問題的能力，因此控制工程基礎(chǔ)課程的教材既需要闡述自動控制的基礎(chǔ)理論，也需要詳細論述分析和設(shè)計系統(tǒng)的方法。所闡述的基礎(chǔ)理論需要作必要的數(shù)學(xué)論證，所論述的分析和設(shè)計方法應(yīng)具有實用性。
　　本書內(nèi)容安排的線索如下。分析設(shè)計控制系統(tǒng)，首先需要建立控制環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型，一般是微分方程。要了解控制環(huán)節(jié)的動態(tài)響應(yīng)，需要解微分方程。因此介紹了線性微分方程的解的理論，并引出拉普拉斯變換和傳遞函數(shù)的概念。利用傳遞函數(shù)可以求一階、二階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)，并得到瞬態(tài)響應(yīng)特性與極點的關(guān)系。再討論一般系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)特性與極點、零點分布的關(guān)系。然后介紹控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖。以一個溫度控制系統(tǒng)為例，探討控制系統(tǒng)的工作機制，引出對穩(wěn)態(tài)誤差問題的討論。在降低系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差的嘗試中發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題，引出穩(wěn)定性理論。使用奈奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)需要畫奈奎斯特圖，其后在系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性部分指出奈奎斯特圖是頻率特性的一種表達形式。然后討論系統(tǒng)在開環(huán)、閉環(huán)、時域、頻域上的特性之間的關(guān)系，意圖融會貫通之前的理論。根據(jù)閉環(huán)時域與開環(huán)頻率特性之間的關(guān)系，導(dǎo)出理想的開環(huán)頻率特性和較優(yōu)的開環(huán)系統(tǒng)模型。然后論述各種控制器的原理和設(shè)計方法。在數(shù)字控制系統(tǒng)方面，意圖借助s平面與z平面的映射關(guān)系，以較短的篇幅論述離散傳遞函數(shù)的極點對應(yīng)的動態(tài)響應(yīng)特性； 數(shù)字控制器的設(shè)計也采用模擬�搽x散變換方法，用較短的篇幅完成數(shù)字控制器實現(xiàn)方法的探討。
　　本書共18章，各章的題目如下（如果某一章中有比較有特色的內(nèi)容，則在其題目后略作介紹）：
　　第1章，緒論。
　　第2章，控制環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)描述。建立了機械、模擬電路和機電等多種控制環(huán)節(jié)的微分方程。
　　第3章，拉普拉斯變換與傳遞函數(shù)。關(guān)于線性微分方程的解的理論是經(jīng)典控制理論的基礎(chǔ)，本章對此作了簡單介紹。
　　第4章，系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)特性。對含有多個極點或零點的系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)特性作詳細闡述。
　　第5章，控制系統(tǒng)的框圖和傳遞函數(shù)。
　　第6章，反饋控制系統(tǒng)的工作機制和穩(wěn)態(tài)誤差。本章通過嘗試設(shè)計一個溫度控制系統(tǒng)的控制器，說明反饋控制系統(tǒng)的工作機制。
　　第7章，系統(tǒng)的穩(wěn)定性與勞斯�埠諣柧S茨判據(jù)。對含有實部為0的多重極點的系統(tǒng)，聯(lián)系微分方程的解的理論，討論了其穩(wěn)定性。
　　第8章，奈奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)。
　　第9章，系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性。介紹了系統(tǒng)開環(huán)增益交越頻率處的閉環(huán)增益與相位裕量的關(guān)系。
　　第10章，閉環(huán)時域特性與開環(huán)頻域特性的關(guān)系。利用控制系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性進行閉環(huán)性能分析和控制器設(shè)計是經(jīng)典控制理論中頻率特性法的核心。這一方法的基礎(chǔ)是系統(tǒng)的閉環(huán)時域特性與開環(huán)頻域特性的關(guān)系。本章依次采用定性分析、典型系統(tǒng)分析和對大量系統(tǒng)的特征參數(shù)進行歸納的方法，討論了諧振峰值與相位裕量、最大超調(diào)量與相位裕量、建立時間與增益交越頻率及相位裕量、閉環(huán)截止頻率與開環(huán)增益交越頻率的關(guān)系，通過數(shù)據(jù)擬合得到了特征參量之間的關(guān)系式。
　　第11章，較優(yōu)的系統(tǒng)模型。討論了Ⅱ型系統(tǒng)的閉環(huán)諧振峰值與穩(wěn)態(tài)加速度偏差系數(shù)的相互約束問題，給出了用于參數(shù)優(yōu)化設(shè)計的曲線圖。
　　第12章，控制器。首先論述各種控制器的適用情況、原理和各種控制量起作用的條件； 再介紹各種控制器的參數(shù)設(shè)定方法； 最后論述了PID控制器配置閉環(huán)極點的能力和一種PID控制器參數(shù)的實驗調(diào)整方案。
　　第13章，根軌跡法。對根軌跡規(guī)則作簡略介紹，論述了控制器零極點的配置思路，結(jié)合多個例子說明了控制器參數(shù)的設(shè)置方法。
　　第14章，控制系統(tǒng)的其他構(gòu)型。介紹了二自由度控制、輸入前饋控制和干擾前饋補償控制結(jié)構(gòu)。討論了強調(diào)輸入�草敵鲰憫�(yīng)性能和強調(diào)干擾�草敵鲰憫�(yīng)性能對控制器設(shè)計要求的不一致性。
　　第15章，幾個控制系統(tǒng)實例。介紹了自動增益控制、運算放大電路、鎖相環(huán)、自激振蕩系統(tǒng)、倒立擺控制和直流電動機伺服系統(tǒng)。
　　第16章，數(shù)字控制系統(tǒng)概述。討論了數(shù)字控制系統(tǒng)的時間滯后問題。
　　第17章，z變換。通過z平面與s平面的映射關(guān)系討論z平面極點對應(yīng)的瞬態(tài)響應(yīng)特性。
　　第18章，數(shù)字控制器的連續(xù)�搽x散設(shè)計方法。討論了幾種常用的連續(xù)�搽x散設(shè)計方法的映射偏差。
　　本書比較注重用圖形和舉例輔助對控制理論和方法的闡釋。在對系統(tǒng)進行分析和設(shè)計方面用了比較多的伯德圖和瞬態(tài)響應(yīng)圖，也多用曲線表達系統(tǒng)特征參數(shù)之間的關(guān)系。
　　本書由陳志勇主筆，郭美鳳對文字做了修飾。
　　本書的編寫得到清華大學(xué)本科優(yōu)秀教材建設(shè)項目的支持，在此表示感謝。
　　由于編者的知識和經(jīng)驗有限，書中難免存在缺點和錯誤，懇請讀者批評指正。

編者
2023.8.5