党的十六大报告首次提出新型工业化概念，即“坚持以信息化带动工业化，以工业化促进信息化，走出一条科技含量高、经济效益好、资源消耗低、环境污染少、人力资源优势得到充分发挥的新型工业化路子”。此后历次党的全国代表大会均提到了“新型工业化”。党的二十大报告提出“到2035年基本实现新型工业化”的目标。近日，习近平总书记就推进新型工业化作出重要指示，强调“新时代新征程，以中国式现代化全面推进强国建设、民族复兴伟业，实现新型工业化是关键任务”。持续深化信息化与工业化融合发展，是中国特色新型工业化道路的集中体现，是高质量发展的重要方向和路径，是党中央、国务院作出的重大战略部署。习近平总书记多次强调，要作好信息化和工业化深度融合这篇大文章。信息化与工业化融合是转变经济发展方式、优化经济结构、转换增长动力的重要抓手。通过信息化与工业化融合，可以有效解决资源约束，提高发展平衡性和协调性，推动高质量发展。自动化是承载两化融合的核心，既是工业化发展的技术支撑和根本保障，也是信息化发展的主要载体和发展目标。自动化水平是一个国家和社会现代工业文明的重要标志之一，是综合国力的重要体现。作为自动化技术的重要组成部分，自动控制技术已广泛应用于工业、农业、国防乃至日常生活的众多领域，在改善劳动环境、减小劳动强度、提高产品质量和生产效率，帮助人类改造自然、探知未来、建设高度文明社会等方面都扮演了重要角色。目前，“自动控制原理”是高等院校很多工科专业（例如自动化、机械、航空航天、冶金化工等）的核心基础课，受教育的对象很多。 教材编写组坚持以党的二十大精神为指导，牢记“为党育人、为国育才”的使命，对2016年出版的《工程控制基础》(第2版)进行了全面修订。这次修订继续保持了“三纵三横”的体系结构。“三纵”指经典控制理论的三大方法，即时域法、复域法和频域法；“三横”指经典控制理论的三大核心内容，即稳定性、稳态特性和动态特性。在内容安排上继续遵循“加强基础、削枝强干、注重应用、逐步更新”的原则，保留了原书的大部分内容，对原书中不准确或不妥的文字与内容进行了仔细的修订。在修订过程中，作者积极响应思想政治教育贯穿人才培养体系的指导精神，在绪论部分专门增设了一节，详细介绍自动控制技术和自动控制理论的发展历史，在各章还增加了与信息和控制相关的重要人物或事件介绍，旨在培养读者精益求精的大国工匠精神，激发科技报国的家国情怀和使命担当。从终身学习的角度出发，并结合MOOC课程的特点，本次修订还在每一章增加了知识点自测部分，此外本书配套出版了《工程控制基础习题解答》（ISBN为9787302384342），便于读者自主学习。 本书可作为高等学校工科各专业（如电子信息类、机械工程类、电气工程类、仪器仪表类、工程物理类等专业）本科生学习控制理论的教材，也可供相关领域专业技术人员参考。此外，本书还可作为上海交通大学“自动控制原理”MOOC课程（网址为https://www.icourse163.org/course/SJTU1461107170）的配套教材。 本次修订由翁正新负责，杨明对全书内容进行审阅与定稿，田作华作全面指导。本次修订期间，上海交通大学电子信息与电气工程学院控制理论教学团队就修订原则、全书结构、内容取舍等进行了多次研讨，提出了许多宝贵意见。清华大学出版社的领导与编辑们对本书的出版和推广也给予了很大帮助，在此一并表示感谢； 同时向曾参与本书各版编写的教授们表示感谢，他们是施颂椒、韩正之和陈学中。 尽管编者已竭尽全力提高本书质量，但错误和不妥之处在所难免，恳请广大读者不吝指正。 翁正新 吴澄院士指出，控制理论应该体现优化的意识。此言千真万确。 将优化的思想融入经典控制理论是本书第2版的指导思想之一。其次，本书的第1版问世将近10年，这10年中，自动化技术突飞猛进，自动化应用铺天盖地。纵览这10年中的盛事，2008年的北京奥运会、2010年的上海世博会，直到2014年巴西世界杯，独领风骚的科技展示主角无一不是自动化技术。北京奥运会开幕式上画卷的展开、上海世博会上机器人小提琴独奏“茉莉花”、巴西世界杯上脑瘫少年的开球，这些技术虽然时髦，但是根底还是本书所讲述的理论，我们有必要将这些重要的应用体现在大学生的教材上。 James Watt 常常被称作自动化设计的吃螃蟹者。准确地说，在Watt出生的时候，蒸汽机已经问世，并且成功地解决了大能量的供给问题。蒸汽机使人类获得自身无法达到的力量，可是Watt不满意，他改造了纽可门蒸汽机，实现了连续作业，蒸汽机做功的品质一下子优化了；尽管已经设计了质量巨大的飞轮使得蒸汽机转速比较均衡，可是Watt还是不满意，他设计了离心控制器(governor)使得进入气缸的蒸汽量基本保持恒定，从而做到了对蒸汽机速度的控制；我没有机会到伯明翰中心图书馆去查阅Watt的手稿，但是我猜想Watt一定还研究过离心控制器的设计： 连杆和小球该怎样设计，才能使得进入气缸的蒸汽量完全可调，能够正好提供所需的能量。Watt的一生与蒸汽机结缘，而这种缘分的体现是他对蒸汽机设计的不断优化，那么，能不能说Watt的一生都用来优化蒸汽机了？如果Watt与优化结缘，那么控制从它诞生的一刻起就伴生了优化意识，今天讲授经典控制理论怎么可以不讲优化呢？ 在自动控制理论的课程里讲授优化设计的思想，很容易让人想起最优控制，将最优控制理论“下放”到经典控制中去。由于要讲授最优控制理论，不可能不提到极大值原理，于是不得不引进一些比较深奥的数学知识；即使只讲授动态规划，真正能够体现动态规划的精华，也必须有深奥的理论，而不是举一个类似最短路径的例子能够完成的。很显然，这些数学知识和经典控制理论如同牛头和马嘴般地不相配。经典控制理论俗称白纸加铅笔的理论，它的最大优点在于可以借助简单的直尺和图纸完成设计，有这种类型的技术可以求得极大值原理要求的最优解吗？ 我一直在思考一个问题，在计算技术如此发达的今天，应用经典控制理论进行系统分析和设计的场合越来越少。那么，今天是否还需要在大学的课堂里讲授经典控制理论？如果一定要讲，这个课程应该怎么上呢？例如，有了MATLAB，还需要用开环的Nyquist 图判别闭环系统的稳定性吗？直接用MATLAB将闭环特征根求出来，是否稳定、稳定裕量多少不就一目了然了吗？或者更直接地将闭环系统的阶跃响应画出来，上升时间、超调、调整时间不是全部都在了吗？确实，国外的经历给我的印象是他们很快地跳过经典控制内容，将重点放在时域分析上。然而，经典控制理论的奠基者在20世纪30年代用“白纸+铅笔”完成了控制系统的分析和设计，这种学科之间的跨越和融合，面向应用的大胆创造，为了简便而做的正确取舍，是不是今天的科学工作者特别需要学习和强化的地方呢？在这种教育理念的指导下，讲授Nyquist稳定判据，必须强调选择虚轴作为边界的精彩一笔，这为频率特性在控制理论中的应用创造了条件。强调这些结论背后的发明动因，总结前人立足于工程实际的高超设计，正是今天的教育所必需的。如此看来，作为控制系统设计的重要思想，优化怎么可以被束之高阁呢？ 在这种思想的指导下，这次修订继续保持了第1版“三纵三横”的框架，保留了第1版的大多数内容，但是更强调方法的引出、创新思想的介绍，更突出经典控制理论的应用性、工程性，将反馈的概念、优化意识贯穿全书。在第3章增加了最优工程参数的选择，在第5章专门用一节介绍由稳定裕量反映的优化意识，在第6章突出了PID参数选择中的优化意识。应该说体现在经典控制理论中的优化意识不是强调解析意义上的最优，只是从实际出发强调多项指标间的折中和设计的鲁棒性。这种折中和对鲁棒性的追求体现了在设计中的寻优。 为了本书的修订，上海交通大学电子信息与电气工程学院的控制理论教学团队进行了多次的讨论，就修订原则、全书结构、内容安排，甚至句子和文字都进行了全面的研讨。本书修订由翁正新负责，田作华作全面指导和韩正之执笔完成，施颂椒审读了全书。尽管作者们竭尽全力提高本书的质量，但缺点与错误恐还是存在，希望读者指导，万分感谢。 韩正之 2016年4月 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，另一方面带来了严峻的挑战。 （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，吸纳先进技术的问题，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。特别是随着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，现已扩展到面向强电类、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，力求做到以下几方面。 (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，即稳定性、稳态特性和动态特性，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： 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）的制作方法与技巧等。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，学习本课程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4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PLC、单片机、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。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，书中难免存在缺点和错误，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年6月于上海交通大学