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导读
引用
Åström, K. J., & Murray, R. M. (2008). Feedback Systems: An Introduction for Scientists and Engineers. Princeton University Press. 免费电子版：http://www.cds.caltech.edu/~murray/amwiki
章节概要
全书共十二章，所读版本共408页。前言指出，读者对象是希望理解并运用反馈的物理、生物、信息和社会系统方面的科学家与工程师，目标是简明而有见地地呈现反馈与控制领域的现有知识，数学要求不高，但不牺牲严谨性。前半部分几乎完全基于状态空间；后半部分是建立在传递函数之上的“经典控制”。每章末尾都有一小节“延伸阅读”和一组习题。
第1章：导论
本章把反馈定义为两个或多个动态系统相互耦合、彼此影响，这使因果推理变成循环论证，需要借助形式化方法。它概览了工程史（如离心调速器等早期技术例子）、电力、航空航天、材料与加工、仪器仪表、机器人与智能机器、网络与计算、经济学以及自然界中的反馈。随后讨论反馈的性质（对不确定性的鲁棒性、动态特性的设计、更高层次的自动化，以及缺点）和简单形式的反馈：前馈、正反馈、开关控制和PID控制。
第2–3章：系统建模；实例
第2章把建模表述为构造系统的精确表示，用于分析和仿真。它借鉴了力学和电气工程，引入以常微分方程和差分方程表示的状态空间模型，并给出建模方法，涵盖仿真、方框图、由实验得到模型、归一化与标度，以及模型不确定性。第3章汇集了贯穿全书的实例：巡航控制、自行车动力学、运算放大器电路、计算系统与网络（网络服务器控制和拥塞控制）、原子力显微镜、药物给药和种群动力学。建议初次阅读者把精力集中在最接近自己背景的例子上。
第4章：动态行为
本章处理非线性微分方程：解、相图、平衡点与极限环、稳定性的定义、线性系统的稳定性与线性近似、李雅普诺夫函数、吸引域、分岔，以及用反馈设计非线性动态。
第5章：线性系统
矩阵指数和卷积方程刻画了线性时不变系统的输入输出行为。本章还涉及特征值与模态、坐标不变性、稳态响应，以及雅可比线性化和反馈线性化——把非线性系统与线性系统联系起来的方法。
第6–7章：状态反馈；输出反馈
第6章引入可达性，并用它证明在一定条件下，闭环特征值可以通过状态反馈任意配置；内容包括可达标准型、二阶及高阶系统的设计，以及积分作用。第7章转向可观性、观测器、利用估计状态的控制（并证明了分离原理）、卡尔曼滤波和一般的控制器结构。
第8–9章：传递函数；频域分析
第8章通过对指数信号的响应引入传递函数，然后讲方框图、极点与零点、零极点对消、代数环、伯德图，并在末节讲拉普拉斯变换。第9章建立回路传递函数、奈奎斯特判据（包括条件稳定性）、稳定裕度、伯德关系与最小相位系统，以及广义的增益与相位，包括小增益定理和无源性。
第10–11章：PID控制；频域设计
第10章讲PID控制、复杂系统的简单控制器、整定（包括继电反馈和齐格勒—尼科尔斯规则）、积分饱和、微分滤波、设定值加权，以及模拟和计算机实现。第11章发展灵敏度函数、前馈设计、性能指标、采用超前和滞后补偿的回路整形，以及由右半平面极点和零点、时间延迟和伯德积分公式带来的基本限制。章末是一个设计实例：矢量推力飞行器的横向控制。
第12章：鲁棒性能
最后一章对不确定性建模（参数变化和未建模动态），用奈奎斯特判据考察鲁棒稳定性以及不确定条件下的性能，并介绍鲁棒极点配置。最后一节概述实现鲁棒性能的方法，包括定量反馈理论和线性二次控制。
核心概念
第1–5章：模型与行为
- 反馈与开环、闭环：系统首尾成环互联，与断开回路的对比。
- 状态空间模型：用状态、输入和输出描述的系统，
dx/dt = f(x, u)，y = h(x, u)。 - 稳定性与李雅普诺夫函数：判断解是否保持在平衡点附近或收敛到平衡点的方法。
- 矩阵指数与卷积：对线性时不变响应的完整描述。
第6–9章：状态反馈、观测器与频域
- 可达性与可观性：状态能否被操控，以及能否由输出推断。
- 特征值配置与观测器：设计闭环动态并估计未测量的状态。
- 传递函数与伯德图：由指数响应得到的输入输出描述及其频率响应图。
- 奈奎斯特判据与稳定裕度：由开环频率响应判定闭环稳定性。
第10–12章：设计与鲁棒性
- PID控制：比例、积分和微分作用，整定与积分饱和。
- 灵敏度函数与回路整形：通过回路传递函数来塑造闭环响应。
- 基本限制：由右半平面极点与零点和时间延迟所设定的约束。
- 鲁棒稳定性与鲁棒性能：过程存在不确定性时的稳定性和性能。
评析
优点
- 兼顾多类读者的设计。 前言说明，本书源于加州理工学院的一门课程，选课者既有工程专业本科生，也有生物、计算机科学和物理方向的研究生；书中不依赖拉普拉斯变换，而是通过指数响应来引入传递函数。例子涵盖机械、电气、计算、生物和经济系统。
- 较早触及现代主题。 非线性动态、李雅普诺夫稳定性、矩阵指数、可达性与可观性，以及基本极限都出现在第一门课程中；前言说这些是为取舍部分传统内容而选择的。
- 指引清晰。 书中标出了进阶章节，前言给出了10周课程和14至15周课程的具体安排，每章末尾的“延伸阅读”则指向教科书和历史文献。
- 配套网站。 前言宣布了提供代码、补充例题和习题以及讲义材料的配套网站。
局限
- 略去的经典技术。 前言说，根轨迹、超前滞后补偿和手工绘制伯德图与奈奎斯特图的详细规则被有意淡化。需要这些内容的课程必须另行补充。
- 以标量设计为主。 为简单起见，第6、7章的状态反馈和输出反馈设计都是针对单输入、单输出展开的，所以多输入设计需要参考其他来源。
- 数学要求。 假定读者已掌握线性代数、微分方程和复数，且没有附录加以复习。前言把最后一章描述为通向更高阶研究的导引，因此它是起点，而不是对鲁棒设计的完整论述。
- 版本。 这是2008年的第一版。第二版于2021年出版，其内容与这里所述不同。
在课程中的定位
在信号、系统与控制课程中，这是面向广泛读者写作的控制教材。Nise的 Control Systems Engineering 是使用MATLAB和Simulink进行响应和控制器设计的应用型入门书，对希望获得更多工程实践的学生而言是自然的搭档。Oppenheim与Willsky的 Signals and Systems 和Sadiku的入门读本提供信号与变换的背景；Åström与Murray不要求拉普拉斯变换，所以这些书是有益的背景，但不是先决条件。Downey的 Think DSP 和Craig的 Introduction to Robotics 是更专门的相邻读物：分别是用Python做信号处理，以及机器人的力学与控制。
如何使用本书
本书适合工程和自然科学专业的大三、大四本科生及研究生低年级学生。前言假定读者具备大二水平的线性代数、基本常微分方程以及一些复数知识。
对于10周的课程，作者建议每周一章，学习第1–2、4–6和8–11章，并删减最后几章的部分内容；14至15周的课程可以加上第3章和第12章。自学者也可以遵循同样的计划：先读第1、2章，浏览第3章中与自己领域最接近的例子，然后先学状态空间各章，再学频域各章。第12章最好留到最后。做每章末尾的习题，因为前言指出有若干标准结果留给了习题，同时运行配套网站上的代码。
版本与来源
本指南依据第一版（Princeton University Press，2008年），读的是作者的电子版v2.10c（2010年3月4日），这是经过勘误的印次，作者在其网站上提供给个人使用。内容基于前言和目录、每一章的开头及其小节结构，以及第1、6、7、10、11和12章的部分小节。