控制系统原理及相近课程是高等学校工科学生的核心课程之一。本书一直是该类课程畅销全球的教材范本，至今已经出版至第十二版。主要内容包括控制系统导论、系统数学模型、状态空间模型、反馈控制系统的特性、反馈控制系统的性能、线性反馈系统的稳定性、根轨迹法、频率响应方法、频域稳定性、反馈控制系统设计、状态变量反馈系统设计、鲁棒控制系统和数字控制系统等。本书的例子和习题大多取材于现代科技领域中的实际问题，新颖而恰当。学习和解决这些问题，可以使学生的创造性精神得到潜移默化的提升。
控制系统经典教材，实例丰富，内容与时俱进。
作 者 简 介
Richard C. Dorf是美国加利福尼亚大学戴维斯分校的电气与计算机工程教授。作为在电子工程专业及其应用领域内的知名学者，Dorf教授已经成功撰写和编著出版了多本工程类 作 者 简 介
Richard C. Dorf是美国加利福尼亚大学戴维斯分校的电气与计算机工程教授。作为在电子工程专业及其应用领域内的知名学者，Dorf教授已经成功撰写和编著出版了多本工程类教科书和手册，其中，Engineering Handbook，Second Edition和Electrical Engineering Handbook, Third Edition两书畅销不衰。同时，Dorf教授还是Technology Ventures一书的合著者之一，这是技术创业领域中最具指导意义的书籍之一。Dorf教授是电气和电子工程师学会（IEEE）会士和美国工程教育者学会（ASEE）会士，一直活跃在控制系统设计和机器人等研究领域。Dorf教授还是PIDA控制器的专利持有者。Robert H. Bishop是美国马凯特大学工学院院长。在受聘马凯特大学之前，他在得克萨斯大学奥斯汀分校航天工程与机械工程系任教20年，是该校的杰出教授，拥有Joe J. King教授讲席。Bishop教授的工程职业生涯起始于麻省理工学院著名的Charles Stark Draper实验室。Bishop教授著有讲授图示化编程的畅销教材Learning with LabVIEW（由电子工业出版社翻译出版），并且还是Mechatronics Handbook的合著者。作为一名才华横溢的教育家，Bishop教授获得了多项教学奖励和荣誉，包括难得的洛克希德马丁战术航空系统公司的优秀工程教学奖，美国工程教育者学会（ASEE）和美国航空航天学会（AIAA）联合颁发的John Leland Atwood奖。John Leland Atwood奖定期授予“长期工作在航天工程教育一线并做出突出贡献的杰出人才”。Bishop教授是美国航空航天学会（AIAA）会士和美国航天学会（AAS）会士，并长期活跃在ASEE和IEEE等学会。
谢红卫。男，湖北洪湖人，1965年生。博士，国防科技大学教授，博士生导师。主要学术方向为自动控制理论、实验鉴定与评估技术、生物信息学。学校“自动控制原理”系列课程的负责人，负责建设的“自动控制原理”课程获评湖南省精品课程。获得军队院校“育才奖”银奖1项，省教学成果二等奖1项，编写、翻译出版教材和专著6部。承担完成科研项目30余项。发表论文100余篇，其中40余篇被SCI收录。获得国防科学技术奖二等奖1项，中国电子学会电子信息科学技术奖一等奖1项。
孙志强。男，山东即墨人，1978年生。博士，国防科技大学讲师。主要学术方向为系统安全性建模与分析、试验数据处理与分析。学校“自动控制原理”课程的主讲教师之一，参与了“自动控制原理”精品课程和MOOC课程的建设工作。承担自然科学基金项目1项，教育部博士点基金项目1项，装备横向合作项目4项；参与装备预先研究项目和预先研究基金项目多项。发表论文20余篇，出版教材3部。发挥了重大作用。承担教学改革项目2项，出版教学论文10余篇。目前，承担装备预先研究基金项目1项，装备横向合作项目3项，参与多项装备预先研究项目和自然科学基金项目。发表论文20余篇，出版教材3部。
宫二玲。女，河南郑州人。博士，国防科技大学副教授。主要学术方向为系统安全性建模与分析、试验数据处理与分析。是学校“自动控制原理”课程的骨干主讲教师，参与了“自动控制原理”精品课程和MOOC课程的建设工作，发挥了重大作用。承担教学改革项目2项，发表教学论文10余篇。目前，承担装备预先研究基金项目1项，装备横向合作项目3项，参与多项装备预先研究项目和自然科学基金项目。发表论文20余篇，出版教材3部。
张纪阳。男，河南泌阳人，1979年生。博士，国防科技大学副教授。主要学术方向为控制原理与工程、生物信息学。目前主要从事无人机飞行控制系统设计与实现、蛋白质组质谱数据分析方面的教学科研工作。承担自然科学基金项目1项，发表科研论文20余篇，参与编写教材2部。
译 者 序
源于应Robert H. Bishop教授邀请前往访问交流，2001年，我与同事们在高等教育出版社翻译出版了Richard C. Dorf和Robert H. Bishop所著的国际经典教材Modern Control Systems的第八版，后来又应电子工业出版社编辑马岚女士来电约稿，于2011年再次翻译出版了该教材的第十一版。
Modern Control Systems持续改进的成果参见原书前言。在此，我只就英文版第十二版的翻译过程做一些说明。在我们所译的每个版本中，译者序里都会写到： “译稿的欠妥之处在所难免，恭候专家和广大读者批评指正”。此话绝非虚言。这次的译稿又发现了以前两版译稿中的不少错误，择要说明如下： 第1章对术语做了较多的修订； 从第2章开始，全书规范改正了关于“质点”、“质量块”和“质量”的说法不一致的问题，改正了梅森公式部分的几处错误； 从第4章开始，照顾国内的习惯，全书将loop gain规范翻译成“开环传递函数”，而不再将“开环”和“环路”混用； 特别是第9章和第10章，改正了几处致命的翻译错误。至于全书新增内容的翻译，原有文字表述方面的改进，就不胜枚举了。
谢红卫翻译了本书的前言、第1章至第3章及其他附表等，张纪阳翻译了第4章至第6章，宫二玲翻译了第7章和第8章，孙志强翻译了第9章至第13章以及附录。谢红卫负责全书的修改和统稿。
我们在翻译过程中秉承精益求精的原则，追求“信、达、雅”的目标，力图译得严谨流畅，为国内同行献上一本精品译著。但我们还是要说： 译稿的欠妥之处在所难免，恭候专家和广大读者进一步批评指正。
谢红卫
于国防科技大学
2014年6月
前 言
本书内容
诸如气候变化、清洁水资源、废物管理、能源使用和可持续发展等全球性议题，促使许多工程师重新审视反省已有的工程设计方法和策略。工程设计策略改进演化的结果之一就是所谓的绿色工程。绿色工程的目的是使设计出的产品能够减少污染，降低对人类健康的风险，以及改善环境。采用绿色工程的设计原则，进一步突显了反馈控制系统的技术支撑作用。
为了减少温室气体排放和尽量降低污染，就需要从质和量两个方面改进环境监控系统。一个这样的例子是机器人控制的移动监测平台，它采用无线方式监测雨林的环境参数。另一个例子是通过测量超前和滞后功率因子、电压波动和谐波波形等参数，监测供电质量。许多绿色工程系统或部件都需要对电压和电流进行细致的监测。又例如，在相互连接的供电网络中，常常要用变流器来测量和调控电流。传感器是反馈控制系统中的重要部件，依据它测量提供的系统状态的信息，控制系统才能执行恰当的动作。
由于人类面临的全球性问题需要工程设备具有日益增长的自动化程度和精确度，自动控制系统在绿色工程中的应用将越来越广泛。本书选取了绿色工程中的一些主要应用实例，包括风力涡轮机控制和光伏发电机建模等。后者的目的是，使光伏发电机在阳光随时间变化的情况下，也能通过反馈控制实现最大功率的发电。
风力和太阳能是世界上重要的可再生能源。风能向电能的转化是通过连接到发电机的风力涡轮机实现的。风力的间歇性特性促进了智能电网的发展，风力发电有效工作时，智能电网要供风电上网； 风力发电无风或不能稳定工作时，智能电网要用其他来源来供电上网。智能电网就是在发电装置出现间歇或大的扰动时，仍然能够将电能可靠而高效地输送到家庭、企业、学校和其他用户的软硬件集成体。风力强度和方向的不规则特性也导致了有必要对风力涡轮机自身加以控制，以便产生可靠平稳的电能，这些控制系统或控制器件的直接目的就是减小风力间歇特性和风向改变对风力发电的影响。能量储备系统也是绿色工程的关键技术，我们要寻找更多类似燃料电池的可重用的能量储备系统。在高效的可重用能量储备系统中，主动控制也是一项关键的技术。
控制工程是一个充满新奇和挑战的领域，从本质上讲，它是一个跨学科的综合性领域，控制工程或控制原理课程则是工科专业的核心课程。我们可以采用不同的途径来学习和掌握控制工程的基础知识和技能。一方面，由于控制工程奠定在坚实的数学基础之上，我们可以将定理及其证明作为重点，从严格的理论的角度来学习控制工程的理论和方法； 另一方面，由于控制工程的终极目标是实现对实际系统的控制，因此，我们也可以在设计反馈控制系统的实践中，主要凭直觉和实践经验进行学习，不过这只是权宜之计。本节所采取的途径是，在介绍基本的数学工具和方法论的基础上，着重介绍物理系统的建模，以及满足实用性能指标要求的实际控制系统的设计。
作者坚信，对于我们每个人来说，最重要和最有成效的学习方法是对前人已经得到的答案和方法进行重新发现和创新。因此，理想的教学方法是向学生提出一系列问题，并给出部分过去已有的结果。传统方法不重视向学生提出问题而是直接给出完整的答案，剥夺了学生感受刺激和兴奋的机会，因而与创造冲动无缘，同时也将人类获得科技进步的探索变成了一堆干巴巴的定理。教学的最高境界则是向学生提供一些我们当前面临的、重要但尚无答案的问题，由学生自己去寻找答案。这样一来，他们可以自豪地宣称，他们所学到的知识都是自己所发现的。
本书的目的在于，通过正文和习题，向学生介绍基本的反馈控制理论，提供一系列发现问题和解决问题的机会，帮助学生体验重新发展反馈控制系统理论及其应用实践。如果能够对此目的有所裨益，那就意味着本书取得了成功。
第十二版的更新
本书的最新版本进行了下列主要更新。
● 第1章增加了一节关于绿色工程的内容。解决人类面临的这一类全球性问题，需要自动化程度和精确度日益增长的工程设备，因此，自动控制系统在绿色工程中的应用将越来越广泛。
● 为了说明控制系统设计对绿色工程应用的支撑作用，在主要章节都新增加了有关的设计题，如智能电网、环境监控、风力发电和太阳能发电等。
● 每章都新增了一个名为“技能自测”的小节，以便于学生自行检查对基本原理、知识和技能的掌握情况。每
Richard C. Dorf是美国加利福尼亚大学戴维斯分校的电气与计算机工程教授。作为在电子工程专业及其应用领域内的知名学者， Dorf教授已经成功撰写和编著出版了多本工程类教科书和手册， 其中Engineering Handbook， Second Edition和Electrical Engineering Handbook, Third Edition两书畅销不衰。同时， Dorf教授还是Technology Ventures一书的合著者之一， 这是技术创业领域中最具指导意义的书籍之一。Dorf教授是IEEE会士和ASEE会士， 一直活跃在控制系统设计和机器人等研究领域。Dorf教授还是PIDA控制器的专利持有者。Robert H. Bishop是美国马凯特大学工学院院长。在受聘马凯特大学之前，他在得克萨斯大学奥斯汀分校航天工程与机械工程系任教20年， 他是该校的杰出教授，拥有Joe J. King教授讲席。Bishop教授的工程职业生涯起始于麻省理工学院著名的Charles Stark Draper 实验室。他编著出版了讲授图示化编程的畅销教材：Learning with LabVIEW，他还是Mechatronics Handbook 的合著者。作为一名才华横溢的教育家， Bishop教授获得了多项教学奖励和荣誉，包括难得的洛克希德马丁战术航空系统公司的优秀工程教学奖，ASEE和AIAA联合颁发的John Leland Atwood奖。John Leland Atwood奖定期授予“长期工作在航天工程教育一线并做出突出贡献的杰出人才”。Bishop教授是AIAA会士和AAS会士。
第1章 控制系统导论
1.1 引言
1.2 自动控制简史
1.3 控制系统实例
1.4 工程设计
1.5 控制系统设计
1.6 机电一体化系统
1.7 绿色工程
1.8 控制系统前瞻
1.9 设计实例
1.10 循序渐进设计实例： 磁盘驱动器读取系统
1.11 小结
技能自测
基础练习题
一般习题 第1章 控制系统导论
1.1 引言
1.2 自动控制简史
1.3 控制系统实例
1.4 工程设计
1.5 控制系统设计
1.6 机电一体化系统
1.7 绿色工程
1.8 控制系统前瞻
1.9 设计实例
1.10 循序渐进设计实例： 磁盘驱动器读取系统
1.11 小结
技能自测
基础练习题
一般习题
难题
设计题
术语和概念
第2章 系统数学模型
2.1 引言
2.2 物理系统的微分方程(组)
2.3 物理系统的线性近似
2.4 拉普拉斯变换
2.5 线性系统的传递函数
2.6 框图模型
2.7 信号流图模型
2.8 设计实例
2.9 利用控制系统设计软件进行系统仿真
2.10 循序渐进设计实例： 磁盘驱动器读取系统
2.11 小结
技能自测
基础练习题
一般习题
难题
设计题
计算机辅助设计题
术语和概念
第3章 状态空间模型
3.1 引言
3.2 动态系统的状态变量
3.3 状态微分方程（组）
3.4 信号流图模型和框图模型
3.5 其他形式的信号流图和框图模型
3.6 由状态方程求解传递函数
3.7 状态转移矩阵和系统时间响应
3.8 设计实例
3.9 利用控制系统设计软件分析状态空间模型
3.10 循序渐进设计实例： 磁盘驱动器读取系统
3.11 小结
技能自测
基础练习题
一般习题
难题
设计题
计算机辅助设计题
术语和概念
第4章 反馈控制系统的特性
4.1 引言
4.2 偏差信号分析
4.3 控制系统对参数变化的灵敏度
4.4 反馈控制系统的干扰信号
4.5 系统瞬态响应的调控
4.6 稳态误差
4.7 反馈的代价
4.8 设计实例
4.9 利用控制系统设计软件分析控制系统特性
4.10 循序渐进设计实例： 磁盘驱动器读取系统
4.11 小结
技能自测
基础练习题
一般习题
难题
设计题
计算机辅助设计题
术语和概念
第5章 反馈控制系统的性能
5.1 引言
5.2 测试输入信号
5.3 二阶系统的性能
5.4 零点和第三个极点对二阶系统响应的影响
5.5 s平面上特征根的位置与系统的瞬态响应
5.6 反馈控制系统的稳态误差
5.7 综合性能指标
5.8 线性系统的简化
5.9 设计实例
5.10 利用控制系统设计软件分析系统性能
5.11 循序渐进设计实例： 磁盘驱动器读取系统
5.12 小结
技能自测
基础练习题
一般习题
难题
设计题
计算机辅助设计题
术语和概念
第6章 线性反馈系统的稳定性
6.1 稳定性的概念
6.2 劳斯赫尔维茨稳定性判据
6.3 反馈控制系统的相对稳定性
6.4 状态变量系统的稳定性
6.5 设计实例
6.6 利用控制系统设计软件分析系统的稳定性
6.7 循序渐进设计实例: 磁盘驱动器读取系统
6.8 小结
技能自测
基础练习题
一般习题
难题
设计题
计算机辅助设计题
术语和概念
第7章 根轨迹法
7.1 引言
7.2 根轨迹的概念
7.3 绘制根轨迹
7.4 应用根轨迹法进行参数设计
7.5 灵敏度与根轨迹
7.6 PID控制器
7.7 负增益控制
7.8 设计实例
7.9 利用控制系统设计软件分析根轨迹
7.10 循序渐进设计实例： 磁盘驱动器读取系统
7.11 小结
技能自测
基础练习题
一般习题
难题
设计题
计算机辅助设计题
术语和概念
第8章 频率响应法
8.1 引言
8.2 频率响应图
8.3 频率响应测量
8.4 频域性能指标
8.5 对数幅相图
8.6 设计实例
8.7 利用控制系统设计软件的频率响应方法
8.8 循序渐进设计实例： 磁盘驱动器读取系统
8.9 小结
技能自测
基础练习题
一般习题
难题
设计题
计算机辅助设计题
术语和概念
第9章 频域稳定性
9.1 引言
9.2 s平面上的围线映射
9.3 奈奎斯特稳性定性判据
9.4 相对稳定性与奈奎斯特稳定性判据
9.5 利用频域方法确定系统的时域性能指标
9.6 系统带宽
9.7 时延系统的稳定性
9.8 设计实例
9.9 频域中的PID控制器
9.10 利用控制系统设计软件分析频域稳定性
9.11 循序渐进设计实例： 磁盘驱动器读取系统
9.12 小结
技能自测
基础练习题
一般习题
难题
设计题
计算机辅助设计题
术语和概念
第10章 反馈控制系统设计
10.1 引言
10.2 系统设计方法
10.3 串联校正网络
10.4 用伯德图法设计超前校正网络
10.5 用根轨迹法设计超前校正网络
10.6 利用积分型校正网络设计反馈控制系统
10.7 用根轨迹法设计滞后校正网络
10.8 用伯德图法设计滞后校正网络
10.9 在伯德图上用解析法进行系统设计
10.10 带前置滤波器的反馈控制系统
10.11 设计具有最小节拍响应的系统
10.12 设计实例
10.13 利用控制系统设计软件设计控制系统
10.14 循序渐进设计实例： 磁盘驱动器读取系统
10.15 小结
技能自测
基础练习题
一般习题
难题
设计题
计算机辅助设计题
术语和概念
第11章 状态变量反馈系统设计
11.1 引言
11.2 能控性和能观性
11.3 全状态反馈控制设计
11.4 观测器设计
11.5 观测器和全状态反馈控制的集成
11.6 参考输入信号
11.7 最优控制系统
11.8 内模设计
11.9 设计实例
11.10 利用控制系统设计软件设计状态变量反馈
11.11 循序渐进设计实例： 磁盘驱动器读取系统
11.12 小结
技能自测
基础练习题
一般习题
难题
设计题
计算机辅助设计题
术语和概念
第12章 鲁棒控制系统
12.1 引言
12.2 鲁棒控制系统和系统灵敏度
12.3 鲁棒性分析
12.4 含有不确定参数的系统
12.5 鲁棒控制系统设计
12.6 鲁棒PID控制器设计
12.7 鲁棒内模控制系统
12.8 设计实例
12.9 伪定量反馈系统
12.10 利用控制系统设计软件设计鲁棒控制系统
12.11 循序渐进设计实例： 磁盘驱动器读取系统
12.12 小结
技能自测
基础练习题
一般习题
难题
设计题
计算机辅助设计题
术语和概念
第13章 数字控制系统
13.1 引言
13.2 数字控制系统应用概貌
13.3 采样系统
13.4 z变换
13.5 闭环反馈采样控制系统
13.6 二阶采样控制系统的性能
13.7 带有数字校正器的闭环系统
13.8 数字控制系统的根轨迹
13.9 控制器的数字实现
13.10 设计实例
13.11 利用控制系统设计软件设计数字控制系统
13.12 循序渐进设计实例： 磁盘驱动器读取系统
13.13 小结
技能自测
基础练习题
一般习题
难题
设计题
计算机辅助设计题
术语和概念
附录A MATLAB基础知识
参考文献
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