{RT}自动控制理论实验：新版--姜增如--北京理工大学出版社 9787564032043 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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姜增如 著

图书标签:

• 自动控制
• 控制理论
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• 大学教材
• 理工科
• 姜增如
• 北京理工大学出版社
• 9787564032043
• 控制工程

店铺： 华裕京通图书专营店

出版社： 北京理工大学出版社

ISBN：9787564032043

商品编码：29262410765

包装：平装

出版时间：2010-06-01

图书基本信息
图书名称	自动控制理论实验：新版	作者	姜增如
定价	20.00元	出版社	北京理工大学出版社
ISBN	9787564032043	出版日期	2010-06-01
字数		页码
版次	1	装帧	平装
开本	16开	商品重量	0.259Kg

内容简介

本书包含两大部分，其中部分(、二单元)为软件设计，第二部分(第三、四单元)为硬件设计。单元介绍MATLAB在自动控制理论中应用的线性系统分析与设计，主要内容是使用MATLAB工具对控制系统的稳定性、正确性和快速性进行分析计算等。第二单元介绍设计和建模的工具箱等问题。第三单元为数字模拟混合实验设计，主要是利用模拟实验箱的放大器、电阻、电容等分立元件，搭接线性、非线性电路等。第四单元为控制理论中自行设计实验，让学生在掌握控制理论原理的基础上，使用时域和频域的手段设计控制器参数。

作者简介

目录

部分 MATLAB在自动控制理论中应用 单元 线性系统分析与设计 一、传递函数描述法 二、自动控制系统结构框图的模型表示 三、线性系统的时域分析 四、线性系统的频域分析 五、线性系统的根轨迹分析 六、状态空间描述法 七、极点配置 八、优二次型设计 第二单元 MATLAB仿真的使用 一、基本模块 二、模块的参数和属性设置 三、离散系统仿真 四、PID校正的仿真 五、子系统 六、条件执行子系统 七、子系统的封装 八、用MATLAB命令创建和运行Simulink模型 第二部分 自动控制理论原理实验 第三单元 原理验证实验 实验一 典型环节的模拟研究 实验二 二阶系统瞬态响应和稳定性 实验三 三阶系统的稳定性和瞬态响应 实验四 线性控制系统的频域分析 实验五 一阶与二阶系统的频率法建模 实验六 二阶开环及闭环系统的频率特性曲线 实验七 线性系统的校正与状态反馈 一、频域法串联超前校正 二、频域法串联滞后校正 实验八 时域法校正 一、时域法串联比例微分校正 二、时域法局部比例反馈校正 三、时域法微分反馈校正 实验九 线性系统的状态反馈及极点配置 实验十 非线性系统的相平面分析 一、典型非线性环节 二、二阶非线性控制系统 三、三阶非线性控制系统 实验十一 采样控制系统分析 实验十二 数字PID控制实验 第四单元 自行设计实验 实验一 PID参数自整定 实验二 频率法分析与设计 参考文献

编辑推荐

文摘

序言

工业革命的基石：自动控制理论实验的实践探索 在现代工业文明的滚滚洪流中，自动化和智能化已成为驱动社会进步的核心引擎。从精密制造的生产线到复杂浩瀚的航天工程，再到我们日常生活中无处不在的智能家电，这一切的背后，都离不开一个关键的科学分支——自动控制理论。而要真正理解并掌握这门深刻而实用的学科，理论学习固然重要，但更不可或缺的，则是通过实践操作来印证、深化和拓展知识。 本书将引领读者踏入自动控制理论实验的精彩世界，通过一系列精心设计的实验项目，帮助您在动手实践中，深刻理解自动控制系统的基本原理、关键技术以及实际应用。我们将从最基础的概念出发，循序渐进地引导您掌握构建、分析和优化控制系统的能力，最终达到能够独立解决实际工程问题的水平。 第一部分：初探控制系统——理解系统的“大脑”与“神经” 在正式开始实验之前，我们需要建立对自动控制系统最直观的认识。本部分将首先介绍什么是自动控制，以及它在现代社会中的重要地位。您将了解到，一个典型的控制系统是如何由“感知”、“决策”和“执行”这三个核心环节组成的，它们如同人体的“感官”、“大脑”和“肢体”，协同工作以实现预期的目标。 实验一：基础信号与系统响应的测量 我们将从最简单的输入信号（如阶跃信号、脉冲信号）开始，学习如何使用实验平台测量输出信号的响应。通过观察不同输入信号对系统的影响，您将直观地理解系统的惯性、阻尼等基本特性。这将是您理解后续更复杂系统行为的基础。例如，当给一个电机输入一个阶跃电压时，它并不会瞬间达到目标转速，而是会经历一个加速过程，这个过程的时域表现就是系统的响应。我们将通过示波器或数据采集卡来记录和分析这一过程，并探讨哪些因素会影响响应的快慢和稳定性。 实验二：线性系统的时域分析 深入理解系统的瞬态响应和稳态响应是分析控制系统性能的关键。在本实验中，您将学习如何通过时域分析来评估系统的稳定性、响应速度、超调量和稳态误差。我们将利用常见的系统模型（例如，RC电路、弹簧-阻尼系统）进行实验，并学习如何从实验数据中提取这些关键性能指标。例如，观察系统在受到扰动后，能否在规定时间内恢复到目标值，以及恢复过程中是否会产生过大的震荡，这些都是时域分析要关注的内容。 实验三：线性系统的频域分析 除了时域表现，从频域的角度分析系统同样重要。本实验将介绍频率响应的概念，并通过伯德图、奈奎斯特图等工具，让您了解系统对不同频率输入的响应特性。您将学习如何通过实验数据绘制这些图谱，并从中分析系统的带宽、幅值裕度和相位裕度，这些都直接关系到系统的稳定性。例如，一个系统可能对缓慢变化的信号响应良好，但对快速变化的信号则表现出明显的衰减或失真，频率响应分析就能揭示这一点。 第二部分：深入探索控制器的设计——让系统“更聪明” 了解了系统的基本特性后，我们就可以开始思考如何通过控制器来优化系统的性能，使其更加稳定、精确和快速。本部分将聚焦于不同类型控制器的设计与实现。 实验四：比例（P）控制器 比例控制器是最简单的一种控制器，它的输出与当前误差成比例。我们将通过实验，观察纯比例控制在不同参数下的表现。您将亲身体验到，适当的比例增益可以提高系统的响应速度，但过大的增益可能导致系统不稳定。例如，在控制一个温度系统时，比例控制器会根据当前温度与设定温度的差值来调节加热或制冷的强度。但如果比例增益太高，即使温度稍微偏离设定值，控制器也会强力调节，可能导致温度在设定值附近剧烈波动。 实验五：比例-积分（PI）控制器 为了消除稳态误差，我们引入了积分环节。PI控制器结合了比例和积分的作用，在提高响应速度的同时，也能显著减小甚至消除稳态误差。您将通过实验，学习如何调整比例和积分增益，以达到最佳的控制效果。通过对比纯比例控制和PI控制的实验结果，您将深刻理解积分环节的优势。例如，在控制液位时，纯比例控制器可能无法让液位精确地维持在设定高度，总会存在微小的误差。引入积分环节后，即使误差很小，控制器也会持续累积，直到误差被完全消除。 实验六：比例-积分-微分（PID）控制器 PID控制器是现代工业中最广泛使用的控制器之一。它在比例和积分的基础上，增加了微分环节，能够预测误差的变化趋势，从而提前做出反应，进一步提高系统的动态性能，抑制震荡。本实验将是重中之重，您将学习如何整定PID控制器的三个参数（Kp, Ki, Kd），并理解它们对系统响应的影响。我们将通过仿真和实际硬件平台，演示PID控制器在各种复杂场景下的强大能力。例如，在控制机器人关节的角度时，PID控制器能够根据当前角度、历史角度变化趋势以及未来可能的变化趋势，精确地控制电机的输出扭矩，使其平稳快速地达到目标角度。 第三部分：提升系统性能——应对复杂挑战 在掌握了基本的控制器设计之后，我们将进一步探讨如何处理更复杂的系统，以及如何通过更高级的控制策略来提升系统性能。 实验七：开环与闭环控制系统的比较 开环控制系统结构简单，但容易受外界干扰影响；闭环控制系统则通过反馈机制，能够有效地抑制干扰，提高系统的鲁棒性。本实验将通过对比同一系统在开环和闭环两种控制方式下的表现，让您直观地感受到闭环控制的优越性。例如，在一个简单的加热系统中，开环控制只能根据设定的时间来加热，无法根据实际温度进行调整。而闭环控制则可以通过温度传感器实时监测温度，并根据反馈信号来调整加热器的功率，从而保证温度稳定。 实验八：根轨迹分析与设计 根轨迹是分析闭环系统稳定性的重要图线。通过绘制根轨迹，我们可以直观地了解系统参数变化对闭环系统极点位置的影响，进而指导控制器的设计。您将学习如何根据系统模型，绘制根轨迹，并从中确定合适的控制器参数，以满足稳定性要求。根轨迹能够清晰地展示，当控制器的增益发生变化时，闭环系统的特征方程的根（即系统的极点）会如何移动。通过观察这些极点是否能保持在复平面的左半部分，我们可以判断系统是否稳定。 实验九：状态空间方法与控制器设计 随着工程技术的不断发展，越来越多的系统需要用更精确的状态空间模型来描述。本实验将介绍状态空间方法，并演示如何基于状态空间模型设计最优控制器（如极点配置）。您将接触到更先进的控制理论，并了解其在现代工程中的应用。状态空间描述将系统的内部状态作为变量，能够更全面地反映系统的动态特性。通过状态反馈，我们可以将系统的极点任意配置到期望的位置，从而实现最佳的控制性能。 第四部分：实践应用与进阶 在掌握了理论和实验基础后，我们将引导您将所学知识应用于实际问题，并介绍一些进阶的控制技术。 实验十：模糊控制与神经网络控制简介 面对一些难以建立精确数学模型的复杂系统，模糊控制和神经网络控制等智能控制方法展现出强大的生命力。本实验将通过简单的例子，初步介绍模糊控制和神经网络控制的基本思想，让您了解它们在处理非线性、不确定性系统时的优势。例如，在控制洗衣机程序时，我们很难用精确的数学公式来描述如何根据衣物的脏污程度、材质等因素来最优地选择洗涤模式。模糊控制则可以利用人类专家的经验，通过“软”规则来实现智能控制。 实验十一：典型工业控制系统仿真 我们将选取一些典型的工业控制系统，如机器人轨迹跟踪、伺克驱动系统等，通过仿真平台进行模拟实验。您将有机会在虚拟环境中，体验设计和调试复杂控制系统的过程，进一步巩固所学知识。这些仿真实验将帮助您将理论知识与实际工程应用紧密结合，为未来的工程实践打下坚实的基础。 实验平台与资源 本书的实验设计考虑到了多种实验平台的可能性，包括但不限于： 通用型硬件平台： 如基于单片机（Arduino, STM32等）或DSP的实验箱，它们提供了丰富的传感器、执行器和信号接口，能够实现各种控制算法的硬件验证。 专用实验设备： 如电机控制实验台、机器人仿真平台、温度控制实验装置等，它们能够更直观地展示特定应用场景下的控制原理。 仿真软件： 如MATLAB/Simulink，它们提供了强大的仿真环境，能够快速验证控制算法的设计，并进行详细的性能分析。 学习目标 通过本实验课程的学习，您将能够： 1. 掌握自动控制系统的基本构成和工作原理。 2. 理解线性系统的时域和频域分析方法。 3. 熟悉P, PI, PID等经典控制器的设计原理和参数整定方法。 4. 能够利用根轨迹等图线分析系统稳定性。 5. 初步了解状态空间方法和智能控制技术。 6. 具备在实际工程中应用自动控制理论解决问题的能力。 7. 培养严谨的科学态度和良好的动手能力。 总结 自动控制理论是一门既具深度又富于实践的学科。本书旨在通过一系列精心设计的实验，将抽象的理论知识转化为直观的实践体验。我们相信，当您亲手搭建系统、调试参数、观察响应时，您会对自动控制的魅力有更深刻的认识，并为未来在自动化、智能化领域的发展奠定坚实的基础。踏上这段实践探索之旅，您将不仅掌握一项重要的工程技术，更能开启通往更广阔科技视野的大门。

评分☆☆☆☆☆

这本书的内容实在太丰富了，简直是自动控制领域的一座宝库！从最基础的传递函数、系统建模，到拉普拉斯变换、根轨迹法、频率特性分析，再到PID控制器设计、状态空间方法，几乎涵盖了自动控制理论的所有核心知识点。作者的讲解深入浅出，循序渐进，即使是初学者也能轻松理解。每章后面都配有大量的例题和习题，这些题目设计得非常巧妙，能够帮助我们巩固所学知识，并培养解决实际问题的能力。特别值得一提的是，书中还穿插了许多实际工程中的案例分析，让我们能够直观地感受到自动控制理论在工业生产、航空航天、机器人等领域的广泛应用，极大地激发了我们学习的兴趣和动力。我尤其喜欢作者在讲解复杂概念时，会引用一些形象的比喻和生动的故事，让抽象的理论变得生动有趣，不再枯燥乏味。读完这本书，我感觉自己对自动控制系统有了前所未有的深刻理解，仿佛打开了一个全新的世界。

评分☆☆☆☆☆

这本书的实用价值非常高，它不仅仅是一本理论书籍，更像是一本解决实际问题的指南。作者在书中融入了大量的工程实践经验，这些经验对于我们这些即将步入工程领域的学生来说，是无价的财富。书中提到的很多控制器设计方法和系统分析技巧，都是在实际工程中经过验证的，具有很高的可操作性。例如，在PID控制器设计部分，作者不仅讲解了如何进行理论计算，还提供了许多在实际应用中常用的整定技巧和经验公式，这些内容在其他教材中可能很难找到。此外，书中对各种干扰和不确定性对系统性能的影响进行了深入的分析，并给出了相应的应对策略，这对于我们在设计鲁棒性控制器时非常有启发。读完这本书，我感觉自己对如何将自动控制理论应用于实际工程项目有了更清晰的认识，也更有信心去面对未来的挑战。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和设计都非常用心，阅读体验极佳。字体大小适中，页面布局清晰，章节划分合理，重点内容通过加粗、下划线等方式突出显示，方便我们快速定位和记忆。纸张的质量也很好，摸起来很有质感，印刷清晰，没有模糊或错位的现象。更重要的是，书中穿插了大量的图表和示意图，这些图表都绘制得非常精美、准确，极大地帮助我们理解那些抽象的数学模型和控制原理。比如，在讲解根轨迹法时，书中提供的根轨迹图就非常直观，让我们能够清楚地看到系统极点移动的轨迹，以及如何通过改变增益来影响系统的稳定性。我个人非常喜欢这种图文并茂的学习方式，它让原本可能枯燥的理论知识变得生动形象，易于理解和消化。整体来说，这是一本让人赏心悦目的教材，阅读起来是一种享受。

评分☆☆☆☆☆

对于我这样刚开始接触自动控制领域的学生来说，这本书提供了一个非常扎实的基础。作者在讲述每一部分内容时，都会先回顾相关的数学工具，比如傅里叶变换、拉普拉斯变换，确保我们在开始深入学习控制理论之前，已经具备了必要的数学基础。然后，再循序渐进地引入控制系统的基本概念，如稳定性、鲁棒性、最优性等。我尤其欣赏作者在处理一些难点问题时的耐心和细致，他会从不同的角度去解释，尝试用各种方式去类比，力求让读者真正理解其中的原理，而不是停留在死记硬背的层面。例如，在讲解奈奎斯特稳定判据时，作者不仅给出了数学推导，还结合了幅相频率特性的图，让我们能够直观地理解稳定性的判据是如何得出的。这本书让我感觉自己不再是茫然无措，而是有了清晰的学习路径和坚实的理论支撑。

评分☆☆☆☆☆

这次的实验教材真的让我眼前一亮！与以往我接触过的实验书相比，它在理论与实践的结合上做得非常出色。实验项目设计得既有代表性，又具有一定的挑战性。从简单的开环、闭环系统仿真，到复杂的控制器参数整定，每个实验都围绕着自动控制理论中的关键概念展开，让我们能够亲手搭建模型，观察系统响应，分析实验数据，从而加深对理论知识的理解。实验步骤清晰明了，仪器设备的使用说明也很详细，即便是第一次操作这些设备，也能快速上手。我印象最深的是关于PID控制器整定部分的实验，通过多次尝试和调整参数，我亲眼看到了不同参数对系统性能的影响，体会到了理论与实际操作之间的微妙差异，这对于今后设计和优化控制器非常有帮助。而且，实验报告的格式和要求也比较规范，引导我们如何科学地记录和分析实验结果，培养严谨的科学态度。