自动控制原理知识要点及典型习题详解(李书臣) 9787122120380 化学工业出版社 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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李书臣 著

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• 化学工业出版社
• 9787122120380
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出版社： 化学工业出版社

ISBN：9787122120380

商品编码：29664032783

包装：平装

出版时间：2011-10-01

基本信息

书名：自动控制原理知识要点及典型习题详解(李书臣)

定价：28.00元

作者：李书臣

出版社：化学工业出版社

出版日期：2011-10-01

ISBN：9787122120380

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.359kg

编辑推荐

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李书臣主编的本书共9章。第1章介绍了自动控制系统常用的术语和概念，并给出了从控制系统到方框图转换的多个实例分析。第2章介绍了数学模型的概念，并重点对传递函数分析和方框图、梅逊公式的数学模型简化方法进行了详细讨论。第3章介绍了线性系统的时域分析方法，并重点对系统的稳定性、快速性、准确性分析方法做了讨论。第4章介绍了系统的根轨迹方法，对根轨迹作图及分析系统性能做了讨论。第5章介绍了频率响应法，重点讲解了频率特性作图、分析方法，并且给出了截止频率、相位裕量的计算方法。第6章介绍了线性系统的校正方法，涉及串联频率法校正，给出了校正网络设计方法和稳定裕量验算方法。第7章介绍了有关采样控制系统的计算问题。第8章介绍了非线性系统的描述函数和相平面分析法。第9章介绍了线性系统的可控性、可观测性、稳定性、实现、极点配置等内容。　　本书选材力求内容全面、分析透彻,例题具有一定的代表性，并且给出多种解法，帮助读者分析*简单的解题步骤。特别推荐：本书配套教材为 《自动控制原理(王永骥)(二版)》

内容提要

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　　本书包括现在通行的“自动控制原理”课程的基本内容，本书分9章，每一章都列出该章整体的知识结构图，并列出重点和难点以及基本要求，然后进行典型例题讲解，讲明知识考查点，后是测试题，题型有填空题、单选题、简答题、综合计算题等，学生可以自本书主要供自动化及相关专业的本科生正常上课时同步学习和期末考试复习使用，也可以作为研究生入学考试复习用书。

目录

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1 自动控制的一般概念
1.1 知识要点
1.1.1 知识结构图
1.1.2 知识重点
1.1.3 知识难点
1.1.4 基本要求
1.2 典型习题详解
1.3 测试题及答案

2 自动控制系统的数学模型
2.1 知识要点
2.1.1 知识结构图
2.1.2 知识重点
2.1.3 知识难点
2.1.4 基本要求
2.2 典型习题详解
2.3 测试题及答案

3 控制系统的时域分析法
3.1 知识要点
3.1.1 知识结构图
3.1.2 知识重点
3.1.3 知识难点
3.1.4 基本要求
3.2 典型习题详解
3.3 测试题及答案

4 根轨迹法
4.1 知识要点
4.1.1 知识结构图
4.1.2 知识重点
4.1.3 知识难点
4.1.4 基本要求
4.2 典型习题详解
4.3 测试题及答案

5 频率响应法
5.1 知识要点
5.1.1 知识结构图
5.1.2 知识重点
5.1.3 知识难点
5.1.4 基本要求
5.2 典型习题详解
5.3 测试题及答案

6 线性系统的校正方法
6.1 知识要点
6.1.1 知识结构图
6.1.2 知识重点
6.1.3 知识难点
6.1.4 基本要求
6.2 典型习题详解
6.3 测试题及答案

7 采样系统理论
7.1 知识要点
7.1.1 知识结构图
7.1.2 知识重点
7.1.3 知识难点
7.1.4 基本要求
7.2 典型习题详解
7.3 测试题及答案

8 非线性系统分析法
8.1 知识要点
8.1.1 知识结构图
8.1.2 知识重点
8.1.3 知识难点
8.1.4 基本要求
8.2 典型习题详解
8.3 测试题及答案

9 状态空间分析法
9.1 知识要点
9.1.1 知识结构图
9.1.2 知识重点
9.1.3 知识难点
9.1.4 基本要求
9.2 典型习题详解
9.3 测试题及答案
参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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《现代控制理论及其应用》 内容简介 本书旨在全面深入地阐述现代控制理论的基本原理、分析方法和设计技术，并结合工程实践，介绍其在不同领域的典型应用。本书强调理论的严谨性与应用的实践性相结合，力求使读者在掌握扎实的理论基础上，能够有效地将控制理论知识应用于解决实际工程问题。 第一部分：现代控制理论基础 本部分将系统地介绍现代控制理论的基石，为后续章节的学习奠定坚实的基础。 第一章：状态空间描述 系统建模： 详细介绍如何将实际物理系统（如机械系统、电气系统、热力系统等）表示为一组一阶微分方程或差分方程，即状态方程。重点讲解状态变量的选择原则、物理意义以及如何从系统的数学模型（传递函数、框图等）导出状态空间方程。 线性定常系统： 深入探讨线性定常（LTI）系统的状态空间描述，包括状态向量、输入向量、输出向量以及系统矩阵（A、B、C、D）的数学定义、性质及其物理含义。 非线性系统与时变系统： 简要介绍非线性系统和时变系统的状态空间描述，并说明其与线性定常系统的区别和联系，为后续更复杂系统的分析和设计铺平道路。 解耦与等价变换： 讲解如何通过状态变换（如相似变换）来改变系统的状态表示，但保持系统的外部动态不变。重点介绍特征值、特征向量与系统动态的关系，以及如何通过相似变换实现系统的解耦或简化。 可控性与可观测性： 这是现代控制理论中最重要的概念之一。本章将详细定义和分析系统的可控性（能否通过控制输入将系统状态从任意初始状态驱动到任意目标状态）和可观测性（能否通过测量输出估计系统的内部状态）。通过引入可控性矩阵和可观测性矩阵，讲解判断系统可控性和可观测性的充要条件，并讨论其对系统分析和控制器设计的重要性。 第二章：线性系统的时域分析 零输入响应与零状态响应： 讲解系统输出对初始状态的响应（零输入响应）和对输入信号的响应（零状态响应），以及如何通过状态转移矩阵求解这些响应。 状态转移矩阵： 详细推导状态转移矩阵的计算方法，包括拉普拉斯变换法、级数展开法和通过特征值分解法，并分析其性质，如满足微分方程、满足矩阵指数的性质等。 稳定性分析（李雅普诺夫稳定性）： 引入李雅普诺夫稳定性理论，这是分析非线性系统稳定性的强大工具。详细讲解李雅普诺夫第一稳定性方法（基于线性化系统）和李雅普诺夫第二稳定性方法（构造李雅普诺夫函数）。深入阐述稳定性、渐近稳定性、指数稳定等概念，以及如何通过李雅普诺夫函数判断系统的稳定性。 稳定性判据： 介绍基于特征值（或系统矩阵A的特征值）的稳定性判据，即系统稳定的充要条件是所有特征值均具有负实部。讲解如何通过计算系统矩阵A的特征值来快速判断线性定常系统的稳定性。 第三章：线性系统的频域分析 频率响应： 讲解当输入为正弦信号时，系统的输出也是同频率的正弦信号，但幅值和相位会发生变化。定义系统的频率响应函数，并分析其与传递函数的关系。 奈奎斯特稳定性判据： 详细介绍奈奎斯特稳定性判据，通过绘制系统的开环频率响应曲线（奈奎斯特图），来判断闭环系统的稳定性。讲解围绕-1点转动的圈数与闭环系统极点分布的关系。 波特图分析： 介绍波特图（幅频特性曲线和相频特性曲线）的绘制和解读方法，以及如何从波特图中获取系统的幅值裕度和相裕度，进而评估系统的稳定性与动态性能。 增益裕度和相裕度： 详细解释增益裕度和相裕度的物理意义，它们是衡量系统稳定性安全性的重要指标。讲解如何从波特图和奈奎斯特图上读出这些裕度，以及它们与系统鲁棒性的关系。 第四章：状态反馈控制 状态反馈控制器的设计： 讲解如何利用系统的所有状态变量作为反馈信号来设计控制器，以改善系统的性能。重点介绍极点配置（Pole Placement）的设计方法，即通过选择合适的状态反馈增益矩阵K，使得闭环系统的特征值（闭环系统的极点）位于期望的位置，从而实现期望的系统动态响应。 可控性与极点配置： 深入分析系统可控性与极点配置的关系。强调只有可控系统才能任意配置其闭环系统的极点。介绍多种实现极点配置的方法，如反馈增益矩阵的公式法、齐次方程法等。 状态观测器设计： 针对实际系统中并非所有状态变量都能直接测量的情况，引入状态观测器的概念。讲解如何设计一个状态观测器，利用系统的输入和输出信号来估计系统的内部状态。介绍 Luenberger 观测器的设计原理和方法，并讨论观测器的动态性能。 状态反馈与观测器结合（分离原理）： 阐述分离原理，即对于线性定常系统，控制器（状态反馈增益）的设计与观测器（状态估计）的设计可以相互独立进行，其闭环系统的动态性能取决于控制器和观测器各自的极点配置。 第二部分：现代控制理论进阶与应用 本部分将在基础理论之上，进一步探讨更高级的控制理论及其在工程实践中的应用。 第五章：最优控制 最优控制问题定义： 引入最优控制的概念，即在满足系统约束条件下，寻找一个控制输入，使得某个性能指标（性能指标函数）达到最优（最小或最大）。 性能指标函数： 介绍常用的性能指标函数，如二次型性能指标（LQR - Linear Quadratic Regulator）、时间最优控制、终端控制等。 动态规划与哈密顿-雅可比-布拉克曼方程（HJB方程）： 详细介绍动态规划原理，并推导出HJB方程，这是求解最优控制问题的核心方程。 线性二次型调节器（LQR）： 重点讲解LQR问题，其性能指标函数为状态和控制输入的二次型。推导LQR的解析解，即得到最优状态反馈增益矩阵K。分析LQR的特性，如鲁棒性等。 模型预测控制（MPC）简介： 简要介绍MPC的基本思想，即在每个时刻，利用当前系统的状态，预测未来一段时间的系统行为，并优化该预测时段内的控制序列，只将第一个控制量施加于系统，并在下一个时刻重复该过程。 第六章：滑模控制 滑模控制基本原理： 介绍滑模控制（Sliding Mode Control - SMC）的基本思想，即设计一个控制器，迫使系统的状态轨迹沿着预先设计的“滑模面”运动，一旦进入滑模面，系统就表现出期望的鲁棒动态特性。 滑模面的设计： 讲解如何根据系统的性能要求设计合适的滑模面。 等效控制与切换控制： 介绍滑模控制器的构成，包括等效控制部分和切换控制部分。重点分析切换控制的抖振现象及其抑制方法。 滑模控制的鲁棒性： 阐述滑模控制对参数变化和外部扰动的强鲁棒性，以及其在非线性、不确定系统控制中的优势。 第七章：自适应控制 自适应控制问题： 探讨当系统模型参数未知或随时间变化时，如何设计能够自动调整控制参数以适应系统变化的控制器。 自适应控制器的类型： 介绍常见的自适应控制方法，如增益调度、模型参考自适应控制（MRAC）、自校准器（Self-Tuning Regulator - STR）等。 模型参考自适应控制（MRAC）： 详细介绍MRAC的原理，即设定一个参考模型来定义期望的系统动态，然后设计一个自适应控制器，使其输出与参考模型输出尽可能一致。 自校准器： 介绍STR的原理，它包含一个参数估计器和一个控制器设计器，通过在线估计系统参数来调整控制器参数。 第八章：智能控制 模糊控制： 介绍模糊逻辑控制器的设计原理，包括模糊化、模糊推理和解模糊过程。阐述模糊控制在处理非精确、非线性系统中的优势。 神经网络控制： 介绍如何利用神经网络的强大学习能力来逼近复杂的非线性系统模型或直接构建控制器。讲解前馈神经网络、循环神经网络等在控制中的应用。 遗传算法与粒子群优化在控制中的应用： 简要介绍遗传算法和粒子群优化等智能优化算法在控制器参数整定、系统辨识等方面的应用。 第九章：控制系统应用实例 本章将通过具体的工程实例，展示现代控制理论在不同领域的应用。 机器人控制： 介绍关节空间控制、任务空间控制、力/位置混合控制等在机器人中的应用。 航空航天飞行器控制： 讲解自动驾驶仪、姿态控制、轨道控制等在飞机、导弹、航天器中的应用。 过程控制： 介绍在化工、电力、冶金等行业的温度、压力、流量、液位等参数的自动控制。 汽车控制： 讨论发动机控制、制动防抱死系统（ABS）、电子稳定程序（ESP）等汽车电子控制系统的原理。 其他应用： 简要提及生物医学工程、经济系统等领域的控制应用。 附录 矩阵理论基础： 简要回顾矩阵运算、特征值、特征向量、对角化等基础数学概念。 复变函数基础： 简要回顾复数、复变函数、拉普拉斯变换等基础数学概念。 本书特点 理论系统性强： 覆盖现代控制理论的核心内容，从基础到进阶，逻辑清晰，循序渐进。 概念深入浅出： 深入剖析关键概念的数学内涵和物理意义，力求使读者真正理解。 方法全面实用： 介绍多种分析和设计方法，并强调其适用条件和优缺点。 应用导向明显： 通过丰富的应用实例，展现理论知识的实际价值，激发读者的工程应用兴趣。 数学工具支撑： 适度引入必要的数学工具，帮助读者理解复杂的理论推导。 本书适合高等院校自动化、电气工程、机械工程、航空航天工程等专业高年级本科生、研究生作为教材或参考书。同时，也适合从事相关工程技术工作的科研人员和工程师阅读参考，以提升其在控制系统设计与分析方面的理论水平和实践能力。

评分☆☆☆☆☆

我特别欣赏这本书在“典型习题详解”这个部分的处理方式。很多习题解析往往只是给出一个最终答案和几个关键步骤，让人摸不着头脑。但这本书的解析，仿佛有一位经验丰富的老教授在身边耐心指导。它不仅展示了如何从第一步推导出最后一步，更重要的是，它会解释“为什么”要选择这种方法，以及在遇到其他变体问题时，思路应该如何调整。这种深度解析，远超出了普通习题集的水准，它真正做到了“授人以渔”，让我明白了在面对陌生问题时，应该如何调动已有的知识模块进行构建和求解。

评分☆☆☆☆☆

这本书的定价相对同类书籍来说，如果考虑到其内容的广度和习题解析的深度，绝对是物超所值。在信息爆炸的时代，一本能够系统梳理复杂知识脉络，并且提供高质量解题范例的书籍，其价值是难以估量的。它不仅仅是一本教材，更像是一份长期有效的学习伙伴和工程参考手册。我甚至已经开始计划，在未来的项目工作遇到模型辨识或系统稳定性分析的难题时，会首先翻阅这本书，我相信它能提供的思路和方法论支撑，将远超我的预期。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧和印刷质量真的没的说，纸张摸起来挺厚实的，油墨字迹清晰，长时间阅读眼睛也不会觉得特别累。作为一本技术类的书籍，这样的物理感受是非常重要的，毕竟我们要反复翻阅，做笔记，时不时还要在上面涂画标记。我拿到手的时候特意检查了一下封面和内页的装订情况，非常牢固，感觉能经受住多次的折腾。而且，版式的设计也挺人性化的，段落之间的留白恰到好处，使得阅读起来不至于太过拥挤，有助于理解那些相对复杂的公式和理论推导。

评分☆☆☆☆☆

虽然我还没来得及深入钻研每一个章节的习题，但光是浏览目录和前言，就能感受到作者在内容组织上的用心良苦。它不像某些教科书那样只是平铺直叙地罗列知识点，而是明显带有强烈的“解题导向”和“知识串联”的意图。很多概念的引入都不是孤立的，而是紧密结合了实际工程中的应用场景，这对于我这种更偏向应用实践的学习者来说，简直是福音。它似乎在暗示，学这些理论不是为了应付考试，而是真真切切要拿来解决问题的，这种理念的传达，极大地激发了我学习的内在动力。

评分☆☆☆☆☆

从语言风格上来说，这本书的文字功底非常扎实，学术性和可读性达到了一个绝佳的平衡点。作者在阐述那些高度抽象的数学模型和控制理论时，能用相对直白且精准的语言进行描述，避免了过多的晦涩术语堆砌。对于初学者来说，这一点至关重要，它降低了入门的心理门槛。而对于有一定基础的人来说，那种严谨的逻辑推导和细节之处的精确把握，又保证了其作为一本专业参考书的权威性，丝毫没有因为追求易懂而牺牲专业深度。