现代控制工程（第五版）_（美）Katsuhiko Ogata（尾形克彦）　著，卢伯英　佟明安　译_9787121314537

本书为自动控制系统的经典教材，详细介绍了连续控制系统（包括电气系统、机械系统、流体动力系统和热力系统）的数学模型建模方法，动态系统的瞬态和稳态分析方法，根轨迹分析和设计方法，频率域的分析和设计方法，以及PID控制器和变形PID控制器的设计方法；同时还比较详细地介绍了现代控制理论中的核心内容，即状态空间分析和设计方法。*后还简要地介绍了20世纪80~90年代发展起来的称为"后现代控制理论的鲁棒控制系统。全书自始至终贯穿了用MATLAB工具分析和设计各类控制系统问题。

译者序

Modern Control Engineering是美国明尼苏达大学Ogata教授撰写的一部控制系统的国际通用教材。它可以作为大学工科高年级本科生或研究生用的控制系统教材。该书第一版曾于1976年在我国由译者翻译成中文，并由科学出版社出版发行。该书首次成功地将20世纪40~50年代发展起来的经典控制理论，与20世纪60~70年代发展起来的现代控制理论融为一体，形成了一部新型的控制系统教材。由于其内容新颖、丰富，物理概念阐述得比较清楚，联系实际广泛、密切，并配有大量的例题和习题，所以受到了读者的欢迎。随后，译者又先后对该书第二版至第四版进行了翻译。该书第二版的特点是增加了极点配置、状态观测器和控制系统的计算机仿真研究内容，并且于1993年由中国台湾地区儒林图书有限公司出版发行繁体中文版。第三版和第四版分别于2000年和2003年由电子工业出版社出版发行。第三版的特点是融入了MATLAB应用的内容。第四版的特点是删去了李雅普诺夫稳定性分析，增加了二自由度控制的内容，并且扩展了MATLAB的应用范围。

该书第五版于2010年初问世，译者受电子工业出版社之约，为能有机会将该书新版译成中文而感到荣幸。与第四版相比，第五版在内容上进行了较大的修订。首先，删减了一些人们比较熟悉的内容，如信号流图和拉普拉斯变换等，并且将原书的12章精简到了10章，突出了控制系统中的特色内容；其次，进一步充实和完善了MATLAB应用方面的内容；第三，增加了20世纪末发展起来的所谓后现代控制理论的内容，作为代表，初步介绍了鲁棒控制理论及H无穷大控制概念；最后，应当指出，第五版继承了前版本的原有特点。

Modern Control Engineering于20世纪70年代初问世，至今已历经40年。由于作者对该书的不断修订和更新，该书在国际上一直受到好评。该书已被翻译成中、法、俄、日、西班牙等多种文字出版。并且，据作者统计，早在20世纪末，世界上已有100多所大学将该书选为控制系统教材，是一本名副其实的国际通用教材。该书1976年在我国翻译出版以来，多年来一直受到众多读者的欢迎。为了满足市场需求，到2007年为止，该书第一版至第四版的累计印刷次数已达15次之多。

译者在翻译过程中，保留了原书的部分书写规则，对书中的重要定理和公式进行了推导和验证，修正了发现的错误和疏漏之处。

本书第1章至第8章及附录部分由北京航空航天大学卢伯英教授翻译，第9章和第10章由西北工业大学佟明安教授翻译，卢伯英教授对全书进行了统一审校。

本书在翻译过程中得到了罗维铭、肖顺达、章再贻、张英娟、李雅萍等教授的支持和帮助，译者在此向他们表示衷心感谢。

由于译者水平有限，难免有错误与不当之处，敬请读者批评指正。

前言

本书介绍了控制系统分析和设计中的一些重要概念。读者将会发现，这是一本清晰易懂，适用于高等院校控制系统课程的教科书。它是为学习电气、机械、航空航天或化学工程的大学高年级学生编写的。读者在学习本书之前，应具备下列预备知识：微分方程方面的基础课程，拉普拉斯变换，向量矩阵分析，电路分析，力学和热力学基础。

在这一版中，本书进行了下列主要修订：

● 增加了利用MATLAB求控制系统对各种输入量响应的内容。

● 证明了利用MATLAB实现计算最佳化方法的有效性。

● 全书增加了一些新的例题。

● 删去了前一版中较次要的材料，以便为更重要的主题提供必要的空间。书中删去了信号流图，也删去了拉普拉斯变换一章，但新增了拉普拉斯变换表及利用MATLAB的部分分式展开（分别见附录A和附录B）。

● 在附录C中，提供了对向量矩阵分析的简短概括。这将有助于读者求解nn矩阵的逆矩阵，而这种求解有可能包含在控制系统的分析和设计中。

本书的这一版编排成10章。其内容可以概括如下。第1章是对控制系统的简介。第2章涉及控制系统的数学模型，并且介绍了非线性数学模型的线性化方法。第3章导出了机械系统和电系统的数学模型。第4章讨论流体系统（诸如液位系统、气动系统和液压系统）和热力系统的数学模型。

第5章处理控制系统的瞬态响应和稳态分析，广泛采用MATLAB获取瞬态响应曲线。为了进行控制系统的稳定性分析，本章介绍了劳斯稳定判据和赫尔维茨稳定判据。

第6章讨论了控制系统的根轨迹分析和设计，包括正反馈系统和条件稳定系统。关于用MATLAB绘制根轨迹，在本章中进行了详细讨论。本章还包括了利用根轨迹法设计超前、滞后和滞后-超前校正装置。

第7章讨论控制系统的频率响应分析和设计，并且以容易理解的方式，介绍了奈奎斯特稳定判据。用来进行超前、滞后和滞后-超前校正装置设计的伯德图法，也在本章中进行了介绍。

第8章涉及基本的和变形的PID控制器。本章详细地讨论了为获得PID控制器的最佳参数值，特别是为满足阶跃响应特性的要求而采用的计算方法。

第9章介绍控制系统的状态空间分析。本章详细地讨论了可控性和可观测性概念。

第10章涉及控制系统的状态空间设计。讨论包括极点配置、状态观测器和二次型最佳控制。本章最后对鲁棒控制系统进行了初步讨论。

本书的编排有助于学生逐步地理解控制理论。在知识的介绍过程中，精心地避开了高深的数学论证。书中也提供了一些命题的证明，这些证明过程有助于深入理解书中介绍的主要内容。

从战略角度出发，本书在提供例题方面做出了特别努力，从而使读者能够更清楚地理解书中讨论的主题。此外，除第1章以外，每一章后面都提供了一些有解答的习题（A类题），建议读者认真地学习所有这些带有解答的习题，这将有助于读者深入地理解所讨论的课题。另外，除第1章以外，在每一章的后面还提供了许多待解的习题，这些待解的习题（B类题）可以作为课后作业或者测验题。

如果本书作为一学期的课程教材（共计约56学时），则书中的大部分内容都可以讲授，只需根据情况略去部分内容。由于书中包括大量例题和带解答的习题（A类题），它可以回答读者可能产生的许多问题，所以对于希望学习控制理论基础知识的实际工程人员，本书也可以作为自学教材。

我衷心感谢本书这一版的评阅人，美国康奈尔大学的Mark Campbell，亚利桑那大学的Henry Sodano和艾奥瓦大学的Atul G. Kelkar。最后，我要对副编辑Alice Dworkin女士、高级总编辑Scott Disanno先生及所有参与这项出版计划的人们，表示诚挚的谢意，感谢他们为本书迅速和高质量的出版所做的工作。

Katsuhiko Ogata

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