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本书是自动控制领域的经典著作，以自动控制系统的分析和设计为主线，在回顾自动控制系统动态响应和反馈控制的基本特性基础上，重点介绍了自动控制系统的三种主流设计方法，即根轨迹设计法、频率响应设计法和状态空间设计法。此外，还阐述了非线性系统的分析与设计，给出了一系列经典控制系统设计实例。全书在阐述自动控制原理和设计方法的过程中，适时地穿插有MATLAB仿真源代码和仿真实验结果。

1 An Overview and Brief History of Feedback Control 		
A Perspective on Feedback Control 			
Chapter Overview 							
1.1 A Simple Feedback System 				
1.2 A First Analysis of Feedback 				
1.3 A Brief History						
1.4 An Overview of the Book 				
Problems 	
							
2 Dynamic Response 						
A Perspective on System Response 				
Chapter Overview 							
2.1 Review of Laplace Transforms 					
2.1.1 Response by Convolution 					
2.1.2 Transfer Functions and Frequency Response		
2.1.3 The L Laplace Transform 					
2.1.4 Properties of Laplace Transforms				
2.1.5 Inverse LaplaceTransform by Partial-Fraction Expansion		
2.1.6 The Final Value Theorem 					
2.1.7 Using Laplace Transforms to Solve Problems 			
2.1.8 Poles and Zeros 						
2.1.9 Linear System Analysis Using MATLAB				
2.2 System Modeling Diagrams 					
2.2.1 The Block Diagram						
2.2.2 Block Diagram Reduction Using MATLAB				
2.3 Effect of Pole Locations 					
2.4 Time-Domain Specifications 					
2.4.1 Rise Time 							
2.4.2 Overshoot and Peak Time 					
2.4.3 Settling Time 						
2.5 Effects of Zeros and Additional Poles				
2.6 Stability 							
2.6.1 Bounded Input–Bounded Output Stability 			
2.6.2 Stability of LTI Systems 					
2.6.3 Routh’s Stability Criterion					
2.7 Historical Perspective 						
Problems 										
3 A First Analysis of Feedback 					
A Perspective on the Analysis of Feedback 				
Chapter Overview 							
3.1 The Basic Equations of Control 					
3.1.1 Stability 							
3.1.2 Tracking 							
3.1.3 Regulation 							
3.1.4 Sensitivity 							
3.2 Control of Steady-State Error to Polynomial Inputs: SystemType	
3.2.1 System Type for Tracking 					
3.2.2 System Type for Regulation and Disturbance Rejection 		
3.3 The Three-Term Controller: PID Control 				
3.3.1 Proportional Control (P) 					
3.3.2 Proportional Plus Integral Control (PI) 			
3.3.3 PID Control 							
3.3.4 Ziegler–Nichols Tuning of the PID Controller 			
3.4 Introduction to Digital Control 					
3.5 Historical Perspective 						
Problems 													
4 The Root-Locus Design Method 					
A Perspective on the Root-Locus Design Method				
Chapter Overview 							
4.1 Root Locus of a Basic Feedback System 				
4.2 Guidelines for Determining a Root Locus 				
4.2.1 Rules for Plotting a Positive (180°) Root Locus 		
4.2.2 Summary of the Rules for Determining a Root Locus 		
4.2.3 Selecting the Parameter Value 					
4.3 Selected Illustrative Root Loci 					
4.4 Design Using Dynamic Compensation				
4.4.1 Design Using Lead Compensation 				
4.4.2 Design Using Lag Compensation 					
4.4.3 Design Using Notch Compensation 				
4.4.4 Analog and Digital Implementations 				
4.5 A Design Example Using the Root Locus 				
4.6 Extensions of the Root-Locus Method 				
4.6.1 Rules for Plotting a Negative (0°) Root Locus			
4.7 Historical Perspective 						
Problems 													
5 The Frequency-Response Design Method 	
A Perspective on the Frequency-Response Design Method		
Chapter Overview 							
5.1 Frequency Response 						
5.1.1 Bode Plot Techniques 						
5.1.2 Steady-State Errors 						
5.2 Neutral Stability 						
5.3 The Nyquist Stability Criterion 					
5.3.1 The Argument Principle					
5.3.2 Application to Control Design 					
5.4 Stability Margins 						
5.5 Bode’s Gain–Phase Relationship					
5.6 Closed-Loop Frequency Response 					
5.7 Compensation 							
5.7.1 PD Compensation 						
5.7.2 Lead Compensation						
5.7.3 PI Compensation 						
5.7.4 Lag Compensation 						
5.7.5 PID Compensation 						
5.7.6 Design Considerations 					
5.8 Historical Perspective						
Problems												
6 State-Space Design 						
A Perspective on State-Space Design 					
Chapter Overview 							
6.1 Advantages of State-Space 					
6.2 System Description in State-Space 				
6.3 Block Diagrams and State-Space 					
6.3.1 Time and Amplitude Scaling in State-Space 			
6.4 Analysis of the State Equations 					
6.4.1 Block Diagrams and Canonical Forms 				
6.4.2 Dynamic Response from the State Equations			
6.5 Control-Law Design for Full-State Feedback 			
6.5.1 Finding the Control Law 					
6.5.2 Introducing the Reference Input with Full-State Feedback	
6.6 Selection of Pole Locations for Good Design 			
6.6.1 Dominant Second-Order Poles 					
6.6.2 Symmetric Root Locus (SRL) 					
6.6.3 Comments on the Methods 					
6.7 Estimator Design 						
6.7.1 Full-Order Estimators 					
6.7.2 Reduced-Order Estimators 					
6.7.3 Estimator Pole Selection 					
6.8 Compensator Design: Combined Control Law and Estimator 	
6.9 Introduction of the Reference Input with the Estimator		
6.9.1 A General Structure for the Reference Input 			
6.9.2 Selecting the Gain 						
6.10 Integral Control and Robust Tracking 				
6.10.1 Integral Control 						
6.11 Historical Perspective						
Problems 											
7 Nonlinear Systems 						
Perspective on Nonlinear Systems 					
Chapter Overview 							
7.1 Introduction and Motivation: Why Study Nonlinear Systems? 	
7.2 Analysis by Linearization					
7.2.1 Linearization by Small-Signal Analysis 				
7.2.2 Linearization by Nonlinear Feedback 				
7.2.3 Linearization by Inverse Nonlinearity 				
7.3 Equivalent Gain Analysis Using the Root Locus 			
7.3.1 Integrator Antiwindup 					
7.4 Equivalent Gain Analysis Using Frequency Response: Describing Functions
7.4.1 Stability Analysis Using Describing Functions 			
7.5 Historical Perspective 						
Problems 											
8 Control System Design: Principles and Case Studies 	
A Perspective on Design Principles 					
Chapter Overview 							
8.1 An Outline of Control Systems Design 				
8.2 Design of a Satellite’s Attitude Control 			
8.3 Lateral and Longitudinal Control of a Boeing 747 			
8.3.1 Yaw Damper 							
8.3.2 Altitude-Hold Autopilot 					
8.4 Control of the Fuel–Air Ratio in an Automotive Engine 		
8.5 Control of the Read/Write Head Assembly of a Hard Disk 	
8.6 Control ofRTP Systems in SemiconductorWafer Manufacturing 
8.7 Chemotaxis or How E. Coli Swims Away from Trouble 		
8.8 Historical Perspective 						
Problems 											
Appendix  Solutions to the Review Questions

前言

    在今天的社会中，各种自动化装置，如机器人、高速列车、大型飞机、无人值守工厂、办公自动化设备、农业自动化设施、家庭自动化系统等，所形成的社会生产力，把人类社会推进到了一个崭新的自动化时代。伴随着物联网的发展，自动化必将迎来一次变革性的发展机遇。尽管自动化装置种类繁多、应用领域十分广泛、发展演进速度很快，但用于分析和设计自动控制系统的基本概念和基本理论还是不变的。因此，控制工程师们需要了解和掌握控制系统的特性和分析设计方法，并能在实际工程应用中运用自如，切实解决控制需求。此外，控制系统设计中所涉及的许多技术、原理和方法，在其他学科中也有着广泛的应用。
    本书在帮助读者掌握实际控制系统分析和设计技术的过程中，融会贯通了由基本概念到具体应用的递进式学习理念。众所周知，要精通控制系统的具体分析和设计，需要有一定的悟性。坚实的理论基础只是确保充分理解控制系统的必要前提，更为重要的是，在实际工作中要能够敏锐地判断控制系统的运行情况，进而思考改进控制系统性能的方法，而且要明白如何改进控制系统的设计，实现期望的控制要求和性能指标。本书的编排和讲解正是沿着这条有效的学习途径进行的，即在对控制问题有一个很好的理解的基础上，再提出行之有效的控制系统设计方案。
    本书涵盖了自动控制理论的基础知识和控制系统分析设计的基本方法，重点强调了基本理论分析、方法应用和技术实践，具有以下鲜明的特点。
    （1）本书整合了自动化专业过去分散的专业课程，将经典自动控制原理、现代控制理论和非线性系统理论中的基础知识全部囊括其中，知识体系清晰、内容丰富饱满、适应当今社会对宽口径自动化专业技术人才的培养需求。
    （2）每个章节的开篇都提纲挈领地给出了本章的知识背景和控制要求、以及全章的主要内容结构分布。在每个章节的末尾，还对本章的关键知识点进行小结，这有助于读者进一步理解所学知识，形成完整的知识体系。
    （3）本书在介绍自动控制分析和设计方法的同时，还以丰富的设计实例配以详细的设计步骤，让读者能充分体会到控制系统的每一个设计细节，有利于快速地培养起读者的分析和设计控制系统的能力。
    （4）本书设有配套的学习网站（http://www.scsolutions.com/public/research/publications/feedback6.html），提供了用来绘制本书中许多图形的计算机仿真程序和学习帮助文件，以及部分附录内容和教材配套的教师资源。书中和配套网站提供的Matlab/Simulink仿真程序为读者提供了验证、分析和设计自动控制系统的范例，让读者能够快速真实地体验到控制效果。
    本书内容丰富、概念清晰、特色鲜明、通俗易懂，是自动化专业及其他相关专业不可多得的一部优秀教材和专业指导书。

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自动控制原理与设计（第六版）（英文版）