工业现代化的基础是工业自动化。自动控制技术的广泛应用不仅可以大幅度地提高投入产出比，而且在减轻劳动强度、提高产品质量方面有着不可替代的巨大作用。当今世界科学技术突飞猛进，新技术不断涌现，这一方面给自动化学科的发展带来了绝好的机遇，同时也带来了严峻的挑战。 （1） 信息技术进步所带来的巨大冲击。 我国目前的自动化专业主要由以前的自动控制、工业自动化、工业电气自动化、生产过程自动化等专业组成，主要研究“过程控制”、“运动控制”的基本原理与实际应用，分析手段基本上是沿用传统的工程求解技术，调节方式则以PID为主。经过几十年的深入研究与应用实践，人们已积累了一套完整有效的控制理论与实用技术，并在长期的生产实践中取得了辉煌的业绩。但也应看到，随着科技的进步，生产中对控制的要求越来越高，先后提出多入多出控制、非线性控制、不确定模型控制及优化控制等。它们向传统控制理论的建模方式、分析手段、设计思想提出了挑战。20世纪60年代初，随着现代控制理论的出现，特别是后来IT技术的发展突飞猛进，计算机在自动控制领域的应用与普及，突破了长期困扰人们的时空制约，为控制的新思想、新理论、新技术发现、发展与实现提供了广阔的天地。 　　（2） 国民经济产业结构调整和优化升级所带来的巨大冲击。 　　随着科技的进步和改革的深入发展，推进产业结构调整和优化升级，转变经济增长方式，是目前提高经济增长质量的重要途径和迫切任务。从目前的形势来看，我国的产业结构调整存在着一个明显的趋势： 机械向电子靠，强电向弱电靠，弱电向计算机、信息靠。这既是经济发展的必然，也是自身生存的需要。 　　当前，各学科如何在保持自身特色的基础上，以信息为龙头，发挥各自优势，赶超世界先进水平，已成为当前一个热门的话题。作为以研究“系统”为主攻方向的“自动化”专业，无论在其内容还是在形式上，都存在一个如何保持专业特点，摒弃陈腐落后，纳收先进技术的问题，都存在一个如何跟上形势发展，适应社会人才需求，重新审视构建自动化专业人才培养新平台的问题。特别是IT技术的发展，《自动控制原理》正从传统的专业课向目前的专业基础课演变，成为“电子信息教学平台”的重要组成部分，开设的面越来越广，受教育的对象越来越多。从以前主要面向弱电类专业，现已扩展到强电类、机械类、材料类、交通运输类乃至管理类、医学类，实际上它已成为现代专业技术人才必须掌握的一门专业基础。 根据我们目前已掌握的教材、教学计划来看，国外对自动控制的教学相当重视，绝大部分的工科专业都设有“控制工程”或与此相类似的课程，并普遍采用计算机辅助设计、虚拟仪器，来完成对控制系统的分析设计。 　紧跟科技的进步、适应形势的发展，编制出适应具有中国特色的《控制工程基础》教材，势在必行。 　　根据我国目前自动控制教学现状和实际工程的特点，我们在编写过程中，遵循“加强基础，削枝强干，注重应用，逐步更新”的原则，在保持传统教材主要内容特点的基础上，力求做到： (1) 在指导思想上： 强调与IT技术的结合。 　 我们认为： 自动化专业的基础是“信息”、核心是“控制”、着眼点应立足于“系统”。有人认为IT就是指通信、计算机，这是一种狭隘片面的理解。其实自动化也属于IT的范畴，而且有着更广、更丰富的内涵，它包括了信息的获取（检测、仪表）、信息的处理（计算机）、信息的传输（通信），它从“系统”的角度，对客观事物进行抽象、建模、分析和设计，是更高层次上的信息集成。目前的“自动控制原理”在内容上自喻是“经典控制理论”，采用的分析手段是“经典”的工程求解法。应当承认这种工程求解法，对系统的分析设计发挥了很大的作用，但随着科技的进步，利用现代手段完成运动方程的直接求解和工程计算已不再困难。为此，本教材引入了计算机在控制系统分析、设计和仿真等内容的介绍。 (2) 在体系结构上： 理清“三纵三横”。 　　这里讲的“三纵”： 指系统在三域（时域、复域、频域）中的数学模型； “三横”： 指系统特性（稳定性、稳态特性、动态特性）的三分析。 “三纵”： 结合系统的数学模型，讲清工程求解与理论计算之间的内在联系与区别。具体地说，就是要搞清楚第1章图1－12所示的几种数学模型之间的相互关系。 这里需指出： 对于一个具体的系统，人们可以根据对象的特点、工程的要求、求解的方便及本人的习惯，人为地建立各个不同域中的数学模型，如时域中的数学模型——微分方程，复域中的数学模型——传递函数或频域中的数学模型——频率特性，这些数学模型之间存在着严格的数学变换关系。学习中，所有问题的分析与求解都是建立在数学模型基础上的。所以，学会建立系统的模型描述，掌握各种模型之间的特点与内在联系，对一个工程控制人员来说是至关重要的。加深对这条线的理解，能使学习者统观全局，树立一个“纵向”的思路。 “三横”： 掌握系统分析的三要素： 稳定性、静态特性和动态特性，具体地说，就是要弄清楚第1章表11中所涉及的内容。此表中有关的性能指标是衡量一个系统品质好坏的重要标志，也是对系统进行校正的主要依据，抓住这条线，就是抓住了系统分析设计的关键，有利于学习者建立一个“横向”的思路。 (3) 在内容安排上： 坚持“加强基础、削枝强干”。 　　本书的主要任务是： 讲清自动控制系统的基本原理，指导学生学会对实际控制系统的抽象，完成结构图的绘制、数学模型的建立和对控制系统的分析与设计。为此： ① 强化计算机的辅助设计, 淡化工程求解的过程分析。传统的《自动控制原理》教材中，系统分析几乎占据了全书的一半以上，其中相当一部分是讲述工程求解的方法与技巧，如复域中“根轨迹绘制的规则”，频域中“三图”（Bode图、Nyquist图及Nichols图）的制作方法及其技巧等。本书根据实际需求，对相关内容进行了淡化，引入计算机的分析求解技术，紧扣重点，讲深讲透。 ② 增加工程实例,讲清物理概念。《自动控制原理》是一门实用背景很强的基础课程，学习本书的根本目的是： 学以致用，联系实际，解决工程实践中的问题。为了加强这一方面的训练，本书在实例分析中，引入机械系统、电气系统、热力系统和液位系统等，以扩大知识面； 在习题安排上分为： 基本题、深入题、实际题和MATLAB题等四种类型，由浅入深，逐步展开。 ③ 引入计算机控制技术。随着微机可靠性的日益提高和成本的不断下降，计算机已在工控领域得到了广泛的应用。从单片机、PLC、工业PC到嵌入式系统，从单机控制、集散控制、分布式控制到网络监控等都离不开数字调节技术。从控制的角度来看，人们完全可以利用计算机特有的存储、运算、比较、判断、交互及外围设备的优势，实现“根据不同对象选择不同的控制策略，根据不同的要求采用不同的整定参数”来改善系统的控制质量。如果再配上多媒体、网络技术，可使系统的控制更加形象活泼，更加人性化，而这些对已有相当计算机科学基础的青年一代来说并不困难。 　　本书被列入普通高等教育“十一五”国家级规划教材和教育部高等学校自动化专业教学指导分委员会推荐使用教材。全书共分三部分8章。第1~6章为线性经典控制理论，由田作华、陈学中编写。第7、8章分别为非线性控制系统和计算机控制系统，由翁正新编写； 全书由田作华统稿。 　　本书的各部分内容具有相对的独立性。在使用本书作为教材时，可根据不同类型、不同层次的需求进行组合。 　　本书由上海交通大学施颂椒教授、韩正之教授主审。他们对本书的体系结构，内容取舍提出了许多宝贵意见。该校自动化系的研究生参与了仿真实验、图形绘制和部分题解的工作，对此谨向他们表示衷心的感谢。 　　由于作者水平有限，经验不足，书中一定存在不少缺点和错误，恳请广大读者和使用教材的兄弟院校师生批评指正。 作者 2007.6于上海交通大学

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