本书是突出工程理念、依托系统设计的实践类教材，强调控制理论的基本概念、基本原理和基本方法，注重对物理系统的建模和按实际系统的性能要求进行系统设计，体现“做中学”的工程教育理念。本书由两大部分组成，第一部分介绍自动控制原理的传统实验、模拟仿真和数字仿真实验，第二部分介绍常见系统设计典型案例。

刘洪锦，男，长期从事本科自动化专业《自动控制原理》、《现代控制理论》、《线性系统理论》等课程的教学工作，发表论文多篇。

第1章 控制系统的数学模型
　1.1 控制系统的数学模型
　1.2 控制系统数学模型之间的变换
　1.3 控制系统数学模型的组合连接
　思考题
第2章 时域响应法
　2.1 控制系统时域响应概述
　2.2 控制系统时域响应的MATLAB实现
　2.2.1 用MATLAB函数进行暂态响应分析
　2.2.2 用MATLAB函数进行线性系统稳定性分析
　2.2.3 系统动态特性分析
　2.3 控制系统时域响应性能分析(传统实验)
　2.3.1 典型环节
　2.3.2 典型二阶系统
　2.3.3 典型三阶系统 第1章 控制系统的数学模型 
　1.1 控制系统的数学模型 
　1.2 控制系统数学模型之间的变换 
　1.3 控制系统数学模型的组合连接 
　思考题 
第2章 时域响应法 
　2.1 控制系统时域响应概述 
　2.2 控制系统时域响应的MATLAB实现 
　2.2.1 用MATLAB函数进行暂态响应分析 
　2.2.2 用MATLAB函数进行线性系统稳定性分析 
　2.2.3 系统动态特性分析 
　2.3 控制系统时域响应性能分析(传统实验) 
　2.3.1 典型环节 
　2.3.2 典型二阶系统 
　2.3.3 典型三阶系统 
　2.4 控制系统时域响应的数字仿真 
　思考题 
第3章 根轨迹法 
　3.1 根轨迹的概念及其绘制方法 
　3.1.1 根轨迹的概念 
　3.1.2 绘制系统根轨迹的基本法则 
　3.1.3 控制系统的根轨迹分析 
　3.2 根轨迹绘制举例 
　3.3 采用MATLAB绘制根轨迹 
　思考题 
第4章 频率特性法 
　4.1 频率特性及其表示 
　4.1.1 频率特性概念 
　4.1.2 开环频率特性 
　4.1.3 频率分析法 
　4.1.4 开环对数幅频的三频段 
　4.2 典型环节的频率特性 
　4.3 开环频率特性的绘制 
　4.3.1 开环幅相频率特性的绘制(极坐标图) 
　4.3.2 开环对数频率特性(伯德图) 
　4.4 最小相位系统与非最小相位系统 
　4.4.1 最小相位系统定义 
　4.4.2 最小相位系统的特征 
　4.4.3 非最小相位系统的频率特性 
　4.5 基于 MATLAB的频域特性分析 
　思考题 
第5章 控制系统的设计与校正 
　5.1 校正概念及常用校正装置 
　5.1.1 校正的基本概念 
　5.1.2 常用校正装置 
　5.2 常用校正方法 
　5.2.1 频率法校正 
　5.2.2 根轨迹法校正 
　5.3 控制系统校正实验（传统实验） 
　5.3.1 实验目的、内容及步骤 
　5.3.2 实验过程分析 
　5.4 基于MATLAB控制系统设计举例 
　思考题 
第6章 非线性和采样系统设计 
　6.1 非线性系统及数学模型 
　6.1.1 常用方法 
　6.1.2 典型非线性环节及数学模型 
　6.2 非线性控制系统的建模及设计（传统实验） 
　6.2.1 典型非线性特性的模拟电路 
　6.2.2 实例考察 
　6.2.3 实验要求 
　6.3 基于MATALB的非线性控制系统设计 
　6.4 采样控制系统分析 
　6.4.1 基本概念 
　6.4.2 数学模型 
　6.4.3 差分方程求解 
　6.4.4 脉冲传递函数（z传递函数） 
　6.5 基于MATLAB的采样控制系统设计 
　6.5.1 连续系统的离散化 
　6.5.2 求离散系统的响应 
　思考题 
第7章 状态变量控制系统 
　7.1 线性定常系统状态方程及其解 
　7.1.1 基本概念 
　7.1.2 MATLAB的应用 
　7.1.3 实验要求 
　7.2 能控性和能观性的判别 
　7.2.1 基本原理
　7.2.2 MATLAB在能控能观性等方面的应用 
　7.2.3 实验要求 
　7.3 稳定性 
　7.3.1 基本概念 
　7.3.2 MATLAB在李雅普诺夫稳定性上的应用 
　7.3.3 实验要求 
　7.4 极点配置和状态观测器 
　7.4.1 基本要点 
　7.4.2 MATLAB在极点配置和状态观测器设计方面的应用 
　7.4.3 实验要求
　思考题 
第8章 控制系统典型案例 
　8.1 位置随动系统 
　8.1.1 系统组成及工作原理 
　8.1.2 数学模型 
　8.1.3 控制系统设计 
　8.2 水箱液位控制系统 
　8.2.1 单容水箱液位控制系统 
　8.2.2 双容水箱液位控制系统 
　8.3 运动控制系统设计 
　8.3.1 单闭环直流调速系统设计 
　8.3.2 双闭环直流调速系统设计 
第9章 复杂控制典型案例 
　9.1 倒立摆控制系统 
　9.1.1 数学模型的建立 
　9.1.2 倒立摆PID控制 
　9.1.3 倒立摆LQR控制 
　9.2 三自由度直升机 
　9.2.1 数学模型的建立 
　9.2.2 控制器设计 
　9.2.3 仿真实验 
　9.3 四旋翼飞行器 
　9.3.1 模型的力学分析 
　9.3.2 PID控制器设计 
　9.3.3 线性二次最优控制器设计 
　附录A MATLAB基础 
　A.1 MATLAB基础 
　A.2 Simulink基础 
　A.3 计算机仿真基础 
　附录B 传统实验装置功能介绍 
　B.1 实验装置概述 
　B.2 安装指南及系统要求 
　B.3 功能使用说明 
　参考文献

“自动控制理论”是自动化学科的重要理论基础，是专门研究有关自动控制系统中基本概念、基本原理、基本方法的一门核心基础课程。“自动控制理论实践”是建立在“自动控制理论”基础上的实践类课程，是面向工程的研究自动控制共同规律的技术科学。学好“自动控制理论实践”，对掌握自动化技术有着十分重要的作用。
本书作为实践类教材，是依照工程理念，在强调基本概念、基本原理和基本方法的基础上，突出系统设计的实践教学用教材。本书采用工程数学的控制工程方法，强调对物理系统的建模，并按实际系统的性能要求进行控制系统设计。特别依托以软件MATLAB和实物如倒立摆、过程控制对象和系统、运动控制系统和自动控制系统等资源的系列实践项目，形成实践与理论知识的有机结合。本书是普通高等教育“十一五”国家级规划教材《自动控制原理（第3版）》（刘文定、谢克明主编，ISBN 978-7-121-19434-4）和《现代控制理论（第2版）》（王宏华主编，ISBN 978-7-121-19449-8）的配套实践教材。
本书的编写团队多年来致力于“能力培养”等方面的研究，曾承担多项国家级和省市级教学改革项目。2011年天津市教委资助《自动化课程群建设》研究项目、天津理工大学自动化专业2011年获批国家级“卓越工程师计划”项目及2013年获批教育部“本科教学工程”本科专业综合改革试点项目，已成为教学团队建设、品牌专业建设的阶段性成果。经过多年建设和实践，“基本概念、基本原理和基本方法”（简称“三基”）课程实践教学内容的特色已经形成，相关课件及实践讲义已使用多年。特别将CDIO思想(工程教育理念)引入教材内容编写中，通过实践项目内容实现，提高学生对控制理论内容的掌握，促进学生能力的提高。“三基”内容与典型控制系统项目的结合恢复了由“工程”到“理论”的过程，体现“做中学”的教育理念。本书将仿真分析与课程内容相结合，突出实现了由“验证仿真”到“实验—分析—结论”的转变。
本书由两大部分组成，第一部分为基础实践项目，第二部分为系统设计典型案例。第一部分介绍自动控制原理的传统实验、模拟仿真和数字仿真实验，第二部分介绍常见系统设计典型案例。本书有两个附录，附录A介绍Simulink应用、常用仿真方法，附录B介绍本书用到的求是公司传统实验装置运行环境。
本书可作为高等院校自动化类专业“自动控制原理”、“现代控制理论”和“控制系统设计与实践”的实践教程，分别对应实践环节学时数8学时、6学时和16学时。也可供从事控制工程工作的技术人员参考，为解决工程实际问题提供了训练素材和可操作设计方案。
本书由刘洪锦主编、高强副主编。参加编写的有刘洪锦（前言、2.1节、4.1节、5.1节、第6章、附录B）、贾超（第1章、第2章其余章节、8.2节、附录A）、李俊芳（第3章、第4章其余章节、第5章其余章节）、谷海青（第7章、第8章、9.2.3节、9.3.3节）、高强（第9章其余章节）。
本书提供MATLAB仿真程序，读者可登录华信教育资源网：www.hxedu.com.cn，注册后免费下载；或通过邮件与作者联系索取，E-mail:liu200718@126.com。
本书的编写获得了2013年教育部“本科教学工程”本科专业综合改革试点项目（教高司函〔2013〕56号）、2011年天津市教委《自动化课程群建设》研究项目、2012年天津理工大学教材建设基金项目的资助。在本书编写过程中，天津理工大学自动化学院的相关老师作为本书的第一批读者提出了许多宝贵意见，另有部分研究生对书稿录入和编辑给予了很大帮助，谨在此表示真诚的感谢！?
由于作者水平有限，书中肯定存在不妥之处，敬请广大读者批评指正。