该书包含四个核心部分：前两部分为软件设计，在控制系统传递函数基础上，利用Matlab提供的强大数据处理函数和Simulink仿真工具，对被控对象模型进行系统分析及计算机仿真。包括时域和频域的性能指标：过渡过程时间ts、上升时间tr、超调量Mp、幅值裕度AM和相位裕度等。第三部分结合古典控制内容，包括典型环节分析、二阶系统阶跃响应研究、时域的劳斯稳定判据分析、频域中Bode图、频率特性、超前、滞后校正、非线性特性分析、PID参数设计等内容，第四部分为创新型实验，包括远程控制实验和智能控制实验。其中，远程控制实验以三容水箱为被控对象，实现对系统的P、PI及模糊控制。
本书将传统控制理论与计算机的应用相结合，把Matlab编程方法、仿真、硬件对象、远程控制、智能控制的实现及参数分析融为一体，通过实验加深学生对自动控制理论基本概念的理解，内容精炼，重点突出。它不仅可帮助学生理解和运用控制理论参数分析，还对学生进行实验设计和创新实验具有辅助作用。
本书特色：
书中案例方便学生学习和自行操作。
通过实验手段强调自动控制理论的基本概念、基本原理和基本分析方法。
有机结合仿真，可针对实际对象建立模型后进行稳定性分析和参数设计。
大部分实验后面包含思考题，有助于学生理解实验的重点。
本书适用于是自动化及自动化相关专业的必修实验课程。随着计算机技术和信息技术的迅速发展，自动控制技术已经广泛应用于工农业生产、日常生活、科学研究、航空航天和国防军事等诸多领域。以计算机为控制手段的实验应用越来越广泛。本书实验内容以计算机为核心，以培养学生的基本操作技能、综合应用能力和创新能力为目标，通过实验使学生进一步了解和掌握自动控制理论课程的基本概念、控制系统的分析方法和设计方法。本书在作者《自动控制理论实验》一书的基础上，经过五年的实验教学实践补充、修订而成，并增加了创新实验设计。
本书包含4章，前2章为软件设计。第1章从Matlab最基本的数学应用开始介绍，重点强调该软件在自动控制理论中的应用。第2章主要介绍过程控制中大延迟环节及复杂控制的仿真内容，对实现工业过程控制系统的稳定性、准确性、快速性判别及分析提供帮助。第3章主要结合经典控制实验，如典型环节分析、二阶系统阶跃响应研究、时域的劳斯稳定判据分析、频域中伯德图、频率特性、超前校正、滞后校正、非线性特性分析、PID参数设计等内容进行介绍，每个实验介绍了实验原理、方法和步骤，以及采用模拟实验箱的分立元件搭接线性、非线性被控对象进行介绍。第4章为创新型实验，包括远程控制实验和智能控制实验。其中，远程控制实验以三容水箱为被控对象，实现对系统的P、PI及模糊控制。智能控制实验以模拟电路为被控对象，通过A/D和D/A转换将计算机作为控制单元，实现遗传算法、模糊控制及神经网络控制。实验中讲解了对系统参数分析的方法，为学生自行分析被控对象系统性能、实现控制器参数设计及参加创新设计奠定了基础。
本书从零基础开始，从Matlab的矩阵运算、函数使用、编写M程序文件到建立仿真实验，结合传递函数的建立、绘图函数以及顺序、选择、循环语句完成仿真实验。书中第2章还增加了过程控制中工程整定PID参数方法，通过线性系统分析与设计，研究参数变化对控制系统的影响，使抽象的理论变得生动形象，特别是稳定性分析、系统校正、PID控制器参数设计的内容，不仅能帮助学生理解自动控制理论知识，还能完成实际系统控制设计。
由于控制科学已经发展到以复杂系统为研究对象的智能控制阶段，因此，利用互联网实现远程控制也成为一种研究方向。本书从经典自动控制理论实验开始，到智能控制和远程控制，采用的手段是每个实验先通过案例进行讲解，学生按照每个实验操作步骤进行学习，再根据实验的要求自行完成实验。书中内容力求操作简单、易于理解，引入的案例紧密联系课堂理论知识。在教材结构上，先详细讲解操作步骤，再说明实验要求，以便于学生操作和自学。
本书的最大特色是案例实验教学，以实验为手段，强调自动控制理论的基本概念、基本原理和基本分析方法。它将Matlab函数、编程方法、仿真、实际硬件对象、远程控制、智能控制的实现及参数分析融为一体，将传统控制理论与计算机的应用相结合，根据自动控制理论课的基本内容，对实验的原理、实验方法和实验步骤进行了讲解，内容精练，重点突出，可帮助学生理解和运用。同时，对学生参加大学生创新竞赛、增强学生实验设计能力具有辅助作用。
致谢
本书在编写过程中，得到我校在读研究生的大力协助，书中的多个实验曲线部分是他们完成的，有些实验后的思考题也得到了学生的帮助。在审阅过程中，得到我院刘向东院长的指点，我校自动化学院退休老师侯朝帧教授也提出了修改意见，没有他们的帮助，本书不能完成，在此表示深深的感谢!
姜增如
2015.6
电子与电气工程
本书将传统控制理论与计算机的应用相结合，把Matlab编程方法、仿真、硬件对象、远程控制、智能控制的实现及参数分析融为一体，通过实验加深对自动控制理论基本概念的理解，内容精炼，重点突出。它不仅可帮助学生理解和运用控制理论参数分析，还对学生进行实验设计和创新实验也具有辅助作用。
本书特色：
书中案例和教学方便学生学习和自行操作。
通过实验手段强调自动控制理论的基本概念、基本原理和基本分析方法。
有机结合仿真，可针对实际对象建立模型后进行稳定性分析和参数设计。
大部分实验后面包含思考题，帮助学生理解实验的重点。
前言
第1章 Matlab在自动控制理论中的应用1
【案例一】 Matlab的基本使用2
实验一 矩阵的基本运算8
【案例二】 传递函数的建立方法及形式转换8
实验二 传递函数的建立及转换方法16
【案例三】 使用框图化简传递函数16
实验三 框图化简23
【案例四】 线性系统的时域分析23
实验四 二阶系统阶跃响应参数变化仿真32
【案例五】 线性系统的频域分析33
实验五 频率特性函数39
【案例六】 状态空间分析39
实验六 状态空间可控可观性仿真研究43
第2章 Simulink仿真在自动控制理论中的应用44
【实验预习】 44
【案例一】 典型环节阶跃响应曲线50
实验一 六种常用典型环节仿真54
【案例二】 标准二阶系统阶跃响应分析54
实验二 二阶系统阶跃响应仿真分析55
【案例三】 串联校正环节设计56
实验三 超前滞后校正系统仿真设计58
【案例四】 使用试凑法设计PID控制器参数58
实验四 使用试凑法设计PID控制器参数并仿真62
【案例五】 使用工程整定法设置PID控制器参数63
实验五 常用工程整定法PID参数仿真70
【案例六】 使用Smith预估器设置PID控制器参数70
实验六 大延迟系统控制仿真73
【案例七】 复杂控制仿真73
实验七 串级控制及前馈反馈控制仿真77
【案例八】 使用Matlab创建程序M文件分析系统稳定性78
实验八 编程实现稳定性仿真分析84
第3章 自动控制理论原理实验86
【实验预习】 86
【实验一】 典型环节的模拟研究87
【实验二】 二阶系统的稳定性和瞬态响应91
【实验三】 三阶系统的稳定性和瞬态响应94
【实验四】 线性控制系统的频域分析98
【实验五】 线性系统频域法串联超前校正104
【实验六】 线性系统频域法串联滞后校正110
【实验七】 线性系统时域法比例微分校正116
【实验八】 时域法局部比例反馈校正119
【实验九】 时域法微分反馈校正123
【实验十】 线性系统的状态反馈及极点配置127
【实验十一】 二阶非线性系统的相平面分析133
【实验十二】 三阶非线性系统的相平面分析138
【实验十三】 数字PID控制实验… 148
【实验十四】 PID参数自整定155
【实验十五】 使用频率法设计控制器165
第4章 创新型实验173
【案例一】 基于远程一阶液位系统P与PI控制比较175
实验一 远程单级液位PI控制研究181
【案例二】 基于远程三容液位系统解耦控制与PI控制的比较181
实验二 远程三级液位解耦与PI控制的比较182
【案例三】 基于远程三容液位系统的模糊控制183
实验三 远程三级液位系统模糊控制研究187
【案例四】 基于遗传算法优化PID参数187
实验四 使用遗传算法优化PID控制参数194
【案例五】 基于模糊自适应PID算法实验194
实验五 使用模糊自适应算法优化PID控制参数201
【案例六】 基于BP神经网络算法实验202
实验六 使用BP神经网络优化PID控制参数211
参考文献213
