《自动控制原理》（第二版）教材建设总结

自动控制原理（第二版）

主编姓名:田玉平

出版时间:2006年8月

出版单位:科学出版社

教材形式:文字教材

适用层次:本科

适用专业:自动化专业及电类其他专业

获奖情况:江苏省精品教材，2007年

作者简介:

主编:田玉平，1986年7月清华大学自动化系（5年制）本科毕业，获学士学位。1991年12月莫斯科动力学院研究生毕业，获自动控制专业哲学博士（PhD学位，即苏联技术科学副博士学位）。1996年获得俄罗斯技术科学博士学位（ScD）。现为东南大学自动化学院教授、博士生导师。2001年10月被教育部批准为“长江学者奖励计划”特聘教授。曾在澳大利亚中昆士兰大学、美国加州大学伯克利分校和香港城市大学进行访问研究。2000年获得第七届霍英东基金，2004年获得国家杰出青年基金。

曾担任国家自然科学基金会第10届专家评审组（自动化）成员，Dynamics of Continuous，Discrete and Impulsive Systems－Series B副主编、《动力学与控制》编委。目前担任中国自动化学会控制理论专业委员会委员，江苏省自动化学会常务理事，Journal of Control Theory and Ap plications、《控制理论与应用》、《控制与决策》、《东南大学学报》等刊物编委。

负责多项国家级科研项目，包括国家自然科学基金项目4项、“863”项目1项等，在国内外核心权威刊物和重要学术会议发表论文80余篇（其中被SCI收录论文35篇，EI收录论文50余篇），出版专著和教材2本。

主要研究领域包括复杂系统控制的理论及应用，通信网络的控制与优化，混沌控制与同步，机器人编队与控制等。

主讲的本科生课程有“自动控制原理”，研究生课程有“鲁棒控制系统设计”、“自适应控制”等。

教材简介:

本书系统地介绍了自动控制的基本理论。全书共八章。第1章介绍自动控制的一些基本概念，第2章介绍控制系统的各种输入—输出模型，包括系统运动方程、传递函数、频率特性函数、框图和信号流图等，第3章介绍控制系统的状态空间模型及其与输入—输出模型的关系，第4章介绍控制系统基于时域和频域的稳定性分析方法，第5章介绍控制系统的时域运动性能分析，第6章介绍控制系统的时域和频域校正方法，第7章介绍控制系统的状态空间分析与设计，最后一章介绍非线性控制系统的分析方法，主要是描述函数法和相平面法。

本书的特色在于突破了传统的编排方式，以控制理论的三个主要任务（系统建模、系统分析和系统综合校正）为主线，统一处理经典控制和现代控制、连续时间系统和离散时间系统、频域方法和时域方法。

本书包含丰富的例题和习题，可作为高等院校包括电工电子类在内的电类各专业以及非电类相关专业本科生的教材，亦可供从事自动控制科研工作的专业工程技术人员自学和参考。

教材的主要特色与创新点:

1.教材在选材上特别注重与相关的前期课程和后续课程（如“电路原理”、“电机原理”、“信号与系统”、“计算机控制系统”等）的衔接，尽量避免内容的交叉和重复，突出自动控制系统分析与设计中的基本问题和方法。

2.在内容编排上，打破常规，突破了传统教材中经典和现代、连续和离散、时域和频域等框框，以控制理论的三个主要任务（系统建模、系统分析和系统综合校正）为主线，对教学内容进行重新规划。将频率特性函数作为数学模型的一种安排在第2章，将根轨迹分析、奈奎斯特判据和李亚普诺夫第二方法作为稳定性的分析方法安排在第4章。离散时间系统的内容不再作为单独的一章，而是按照前述的线索被安排在各章，和连续时间系统并行讲述。与国内同类型课程相比，这种对课程体系和教材的创新改革形式是独一无二的。这样做一方面可以避免在介绍不同方法时重复叙述相同的问题，从而节省教材篇幅和教学用时；另一方面可以在同一章针对同一问题讲解和比较不同方法，丰富了各知识点之间尤其是频域方法和时域方法之间、连续系统与离散系统之间的联系，使学生融会贯通，加深理解。

3.突出一些知识难点和多个知识点的结合，如对输入—输出稳定性与内部状态稳定性之间的关系、输入—输出模型的能控性和能观性、采样系统的能控性和能观性、离散时间系统的根轨迹、描述函数法在PID参数调节中的应用等问题增加了必要的说明、例题和习题。

教材使用情况:

本教材第一版（电子工业出版社）2002年出版以来，一直作为东南大学自动化学院自动化专业的专业基础课“自动控制原理（I）”和“自动控制原理（II）”的教材使用，2006年该教材第二版（科学出版社）出版后，除继续被自动化学院使用外，同时还被选作东南大学计算机学院、信息科学与工程学院、数学系和成人教育学院等单位的“自动控制原理”课程的教材。

各单位任课教师反映，该教材体系新颖流畅，符合课程的教学规律；学生反映该教材内容阐述深入浅出、简明实用，并着重交代了关键知识难点和多个知识点的交汇。教学效果很好。

教材建设总结:

1.教材建设的背景及主要思想

为使我国电工电子类专业的高等教育尽快适应现代化教学需要，以东南大学为主的多个高校共同承担了“面向21世纪教育部高等工程教育项目——电工电子系列课程教学内容与课程体系改革的研究与实践”。本教材建设是这一教改项目的一部分。根据这一项目的设计思想，自动控制原理将作为校级平台课程之一向电类各相关专业讲授。这就意味着传统意义上的“自动化类”和“非自动化类”的界限将变得模糊。如果采用原来的自动化专业类教材作为平台课程的教材，难免有些专业的学生会觉得难以“消化”。而且作为平台课，课时显然不宜过多，而在较少的课时下采用传统的（通常是上下两册的）教材，也是不现实的。如果采用原来的非自动化专业类教材，则有些专业（如自动化专业）又会有“吃不饱”的感觉。而且这些教材很难和自动化专业后续的有关控制理论的课程相衔接。因此，对旧的课程体系和教材进行改革就成了当务之急。

2.教改及教材建设措施

“自动控制原理”课程的教改和相应的教材建设分为以下三个阶段。

第一阶段:尝试期（1997—1999年）

在第一阶段改革的手段主要是删减课时，将原来的上下两部分共128课时（含实验24课时）删减到只有64课时（含实验）。这样大胆的改革并不能说是完全成功的，但在这一改革过程中，主讲教师打破常规，突破了传统教材中经典和现代、连续和离散、时域和频域等框框，按照自动控制理论中系统建模、系统分析和系统设计三个主要任务对教学内容进行了重新规划，在每一部分对各种方法进行有针对的讲解，一方面节省了大量课时，另一方面使学生在各种方法的对比中，加深对理论的理解，同时也解决了和相关课程内容重复的问题，提高了学生的学习兴趣。此外，我们将一部分内容规定为学生自学内容，对这部分内容，教师只提出学习重点和要求。这样做的目的不单单是为了节省课时，更重要的在于锻炼了学生的自学能力。

第二阶段:定型期（2000—2002年）

通过第一阶段的尝试，我们觉得64学时对于这样一门重要的专业基础课是不够的，比较合适的做法是分为“自动控制原理（I）”和“自动控制原理（II）”两部分，每部分48学时，共96学时。这并不是简单地回到了起点，而是改革过程中的一次飞跃。现在的“自动控制原理（I）”，并不完全是原来的“经典控制理论”，它作为校级平台课向所有电类专业讲授，涵盖了控制原理中最基础的内容及学科发展的新动向。同样，“自动控制原理（II）”也不简单地就是原来的“现代控制理论”，而是“自动控制原理（I）”的提高，它是作为系级平台课在自动控制系和其他与控制专业密切相关的系中开设。

在第一阶段和第二阶段教改结果的基础上，以田玉平教授为主的编写小组编写了教材——《自动控制原理》，并于2002年9月由电子工业出版社出版。该书的特色在于不是采用传统的编排方式，即按照经典控制和现代控制两部分划分的体系，而是按照控制理论的三个任务，即系统建模、系统分析（主要包括动态和静态性能分析、稳定性分析以及系统结构分析）和系统综合校正，来统一编排内容。在内容上引入了一些新的元素，例如:引入了系统辨识的部分内容，在部分章节增加了应用Matlab软件仿真的内容。

第三阶段:完善期（2002年至今）

在这一阶段制作多媒体教学软件，以增强教学效果，进一步提高学生学习兴趣。同时还改革实验课内容，使学生了解先进的计算机辅助分析与设计工具，加强学生的动手能力和综合运用理论知识的能力。不断完善和修改已出版的教材，改编的第二版教材2006年8月由科学出版社出版。第二版更加突出一些知识难点和多个知识点的结合，如对输入—输出稳定性与内部状态稳定性之间的关系、输入—输出模型的能控性和能观性、采样系统的能控性和能观性、离散时间系统的根轨迹、描述函数法在PID参数调节中的应用等问题，增加了必要的说明、例题和习题。