自动控制原理及应用(21世纪高等院校自动化类实用规划教材) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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董红生，李双科，李先山 著

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出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302344643

商品编码：29706674288

包装：平装

出版时间：2014-03-01

基本信息

书名:自动控制原理及应用(21世纪高等院校自动化类实用规划教材)

：36.00元

售价：24.5元,便宜11.5元,折扣68

作者:董红生 ,李双科,李先山

出版社：清华大学出版社

出版日期：2014-03-01

ISBN：9787302344643

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

内容提要

董红生编著的《自动控制原理及应用(21世纪高等院校自动化类实用规划教材)》是根据培养应用型人才的基本要求编写的，系统地介绍了自动控制原理经典控制理论部分的主要内容。全书共分8章，内容包括绪论、自动控制系统的数学模型、控制系统的时域分析法、控制系统的根轨迹分析方法、控制系统的频域分析法、控制系统的校正方法、采样控制系统及控制系统的MATLAB仿真应用。
　　本书从工程实际应用出发，内容全面，重点突出，叙述深入浅出、循序渐进、通俗易懂，每章都配有一定数量的例题和习题，并附有教学目标和本章小结，便于教师教学和学生自学。
　　《自动控制原理及应用(21世纪高等院校自动化类实用规划教材)》可作为应用型本科院校、高职高专院校及成人高校的电气、自动化及机电类各专业的教材或教学参考书，也可供工程技术人员参考。

目录

章 绪论
　1.1 自动控制系统的基本概念
　1.1.1 自动控制和自动控制系统
　1.1.2 自动控制系统的控制方式
　1.1.3 自动控制系统的组成
　1.2 自动控制系统的分类
　1.2.1 按给定值的变化规律分类
　1.2.2 按系统的信号形式分类
　1.2.3 按系统的特性分类
　1.3 自动控制系统的基本要求
　1.3.1 稳定性
　1.3.2 快速性
　1.3.3 准确性
　1.4 应用实例
　本章小结
　习题
第2章 自动控制系统的数学模型
　2.1 控制系统的微分方程
　2.1.1 微分方程建立的实例
　2.1.2 线性常微分方程的求解
　2.2 控制系统的传递函数
　2.2.1 传递函数的概念
　2.2.2 典型环节的传递函数
　2.3 控制系统的动态结构图
　2.3.1 动态结构图的基本概念
　2.3.2 动态结构图的建立
　2.3.3 动态结构图的化简
　2.4 应用实例
　本章小结
　习题
第3章 控制系统的时域分析法
　3.1 控制系统的典型输入信号和时域性能指标
　3.1.1 典型输入信号
　3.1.2 控制系统的时域指标
　3.2 典型系统的时域分析
　3.2.1 一阶系统的时域分析
　3.2.2 二阶系统的时域分析
　3.3 控制系统的稳定性分析
　3.4 控制系统的稳态误差计算
　3.4.1 稳态误差的定义
　3.4.2 控制系统的型别
　3.4.3 给定稳态误差及误差系数
　3.4.4 扰动稳态误差的计算
　3.4.5 减小系统稳态误差的方法
　3.5 应用实例
　本章小结
　习题
第4章 控制系统的根轨迹分析方法
　4.1 根轨迹的基本概念
　4.1.1 根轨迹的概念
　4.1.2 根轨迹方程
　4.2 根轨迹绘制的基本规则
　4.3 利用根轨迹法分析控制系统的性能
　4.3.1 闭环零、极点分布与动态响应的关系
　4.3.2 利用主导极点法分析系统性能
　4.3.3 增加开环零、极点对系统性能的影响
　4.4 应用实例
　本章小结
　习题
第5章 控制系统的频域分析法
　5.1 系统频率特性的基本概念
　5.1.1 频率特性的定义
　5.1.2 频率特性的性质
　5.1.3 频率特性的图形表示
　5.2 典型环节的频率特性
　5.3 系统开环频率特性曲线的绘制
　5.3.1 系统开环幅相频率特性曲线的绘制
　5.3.2 系统开环对数频率特性曲线的绘制
　5.4 利用频率特性法分析控制系统的性能
　5.4.1 控制系统的稳定性分析
　5.4.2 控制系统的性能分析
　5.4.3 典型控制系统的频域分析
　5.5 应用实例
　本章小结
　习题
第6章 控制系统的校正方法
　6.1 控制系统校正的基本概念
　6.1.1 校正方式
　6.1.2 基本控制规律
　6.2 串联校正
　6.2.1 串联超前校正
　6.2.2 串联滞后校正
　6.2.3 串联滞后-超前校正
　6.3 反馈校正
　6.3.1 反馈校正的基本原理
　6.3.2 反馈校正的形式
　6.4 自动控制系统的工程设计方法
　6.4.1 串联校正的期望频率特性法原理
　6.4.2 系统期望开环对数频率特性的建立
　6.4.3 校正装置的工程设计法
　6.5 应用实例
　本章小结
　习题
第7章 采样控制系统
　7.1 采样控制系统的基本概念
　7.1.1 采样控制系统的结构与特点
　7.1.2 信号的采样与复现
　7.2 采样控制系统的数学模型
　7.2.1 z变换与逆z变换
　7.2.2 差分方程和脉冲传递函数
　7.3 采样控制系统的性能分析
　7.3.1 采样控制系统的稳定性分析
　7.3.2 采样控制系统的动态性能分析
　7.3.3 采样控制系统的稳态误差
　7.4 应用实例
　本章小结
　习题
第8章 控制系统的MATLAB仿真应用
　8.1 MATLAB仿真基础
　8.1.1 MATLAB系统概述
　8.1.2 MATLAB的编程基础
　8.1.3 MATLAB语言的矩阵运算与符号运算
　8.1.4 MATLAB语言的图形功能
　8.1.5 MATLAB程序设计
　8.1.6 Simulink仿真基础
　8.2 MATLAB在控制系统仿真中的应用
　8.2.1 MATLAB用于控制系统的建模
　8.2.2 MATLAB用于控制系统的时域分析
　8.2.3 MATLAB用于控制系统的根轨迹分析
　8.2.4 MATLAB用于控制系统的频域分析
　8.2.5 MATLAB用于控制系统的频域法校正
　8.3 Simulink在控制系统仿真中的应用
　8.3.1 控制系统的Simulink模型的建立
　8.3.2 控制系统的Simulink仿真
　8.4 应用实例
　8.4.1 液压位置伺服系统
　8.4.2 玻璃窑炉的温度控制系统
　本章小结
　习题
附录　常用函数的拉普拉斯变换与z变换表
参考文献

作者介绍

文摘

序言

现代控制理论与工程实践：系统分析、设计与优化 本书是一部深入探讨现代控制理论及其工程应用实践的专著，旨在为读者构建一个扎实而全面的理论框架，并引导读者将其融会贯通，灵活应用于解决各类实际工程问题。我们从基础的系统建模出发，逐步深入到复杂的控制策略设计，并最终关注系统的性能优化与鲁棒性提升，力求为工程师、研究人员以及高年级本科生和研究生提供一条通往精通控制工程的清晰路径。 第一部分：系统建模与分析基础 在构建任何有效的控制系统之前，准确地理解和描述被控对象至关重要。本部分将系统地阐述各种建模技术，涵盖从经典的物理系统建模方法到现代的数据驱动建模方法。 物理系统建模： 我们将深入解析描述动态系统的数学模型，重点关注线性时不变（LTI）系统。这包括： 微分方程与传递函数： 学习如何利用微分方程来刻画系统的动态特性，并从中推导出系统的传递函数表示，这是分析系统稳定性和频率响应的强大工具。我们将详细讲解如何从系统物理原理出发建立数学模型，例如电路、机械系统、热力学系统等。 状态空间表示： 引入状态空间模型，一种更通用的方法，能够描述更广泛的系统，包括多输入多输出（MIMO）系统和非线性系统。我们将讲解状态向量的意义，如何将传递函数转换为状态空间模型，以及状态空间模型在系统分析和设计中的优势。 时域与频域分析： 深入探讨系统的时域响应（如单位阶跃响应、单位脉冲响应）和频域特性（如频率响应、伯德图、奈奎斯特图）。这将帮助我们理解系统对不同输入信号的反应，以及系统的稳定性裕度。我们将提供大量实际案例，展示如何利用这些分析工具来评估和理解系统的行为。 系统辨识： 对于那些难以通过物理原理建立精确数学模型的系统，本书将介绍系统辨识技术。 模型结构选择与参数估计： 探讨如何根据数据的特性和对系统的先验知识选择合适的模型结构（例如AR、ARMA、ARX、ARMAX、OE、BJ模型），以及如何利用最小二乘法、最大似然法等经典算法进行参数估计。 模型验证与选择： 强调模型验证的重要性，介绍残差分析、信息准则（如AIC、BIC）等方法来评估模型的质量和选择最优模型。 数据驱动建模的应用： 结合实际数据，演示如何通过实验设计、数据采集和模型辨识，为复杂的工业过程建立有效的控制模型，为后续的控制器设计奠定基础。 第二部分：经典控制理论与设计 在建立了系统的数学模型之后，本部分将聚焦于经典的控制策略，它们构成了现代控制工程的基础，并且至今仍在许多应用中发挥着重要作用。 闭环控制系统基本原理： 深入阐述反馈控制的概念及其重要性。我们将分析闭环系统与开环系统的区别，以及反馈如何提高系统的鲁棒性、精度和抑制扰动的能力。 PID控制器设计与整定： 详细讲解比例-积分-微分（PID）控制器的原理、结构及其在各种工程应用中的广泛适用性。我们将介绍多种PID参数整定方法，包括试凑法、齐格勒-尼科尔斯方法（临界比例区法和延时界限法）、以及基于性能指标（如ITAE、ISE）的最优整定方法。我们将通过仿真和实验，演示不同整定方法的效果，并讨论其优缺点。 根轨迹分析： 学习如何利用根轨迹来分析闭环系统极点随着开环增益变化而移动的轨迹。根轨迹不仅能帮助我们直观地理解系统动态性能的变化，还能指导我们选择合适的增益以获得期望的瞬态响应和稳定性。 频率响应设计： 深入探讨基于频率响应的控制器设计方法，如超前、滞后和超前-滞后补偿器的设计。我们将学习如何利用伯德图和奈奎斯特图来分析系统的稳定裕度（增益裕度和相位裕度），并设计补偿器以改善系统的动态性能和稳定性。 状态反馈与可控性/可观性： 引入状态反馈的概念，即利用系统的状态变量来设计控制器。我们将详细讲解可控性（controllability）和可观性（observability）的概念，它们是设计状态反馈控制器和观测器的基本前提。 第三部分：现代控制理论与先进设计 随着系统复杂度的增加以及对控制性能要求的提高，现代控制理论提供了更加强大和灵活的工具。本部分将深入介绍这些先进的控制方法。 状态空间设计： 极点配置： 学习如何在状态空间框架下通过设计状态反馈增益矩阵，将闭环系统的极点配置到期望的位置，从而精确地控制系统的动态响应。我们将探讨其前提条件（完全可控性）以及设计步骤。 状态观测器设计： 针对系统状态变量不易测量的情况，我们将介绍状态观测器的概念。详细讲解李雅普诺夫观测器（Luenberger observer）的设计原理，如何根据系统的可观性来设计观测器，以及如何将观测器与状态反馈结合，形成状态重构下的反馈控制系统。 最优控制： 引入最优控制理论，旨在寻找使某个性能指标（如能量消耗、响应时间）达到最优的控制律。 线性二次调节器（LQR）： 详细讲解LQR的设计方法，如何通过权矩阵的选择来平衡状态变量和控制输入，以获得最优的闭环性能。我们将展示LQR在各种工业过程中的成功应用。 模型预测控制（MPC）： 深入介绍MPC的核心思想，即利用系统模型预测未来一段时间的系统行为，并在每个采样时刻求解一个优化问题来确定当前的控制输入。我们将阐述MPC的滚动优化原理、预测模型、代价函数以及约束处理，并讨论其在处理多变量、强耦合和约束系统方面的优势。 鲁棒控制与自适应控制： 鲁棒控制： 针对系统中存在的模型不确定性（如参数变化、外部扰动），鲁棒控制的目标是设计一个控制器，使其在不确定范围内都能保证系统的稳定性和可接受的性能。我们将介绍H∞控制的基本思想，如何通过设计控制器来最小化系统输出对输入扰动的“最坏情况”影响。 自适应控制： 对于模型参数随时间变化的系统，自适应控制能够实时地估计系统参数并调整控制器参数，以保持良好的控制性能。我们将介绍自适应控制的基本框架，如参数估计与控制器更新的协调工作。 第四部分：现代控制技术在工程中的应用 理论的价值最终体现在实际应用中。本部分将通过丰富的案例研究，展示本书所介绍的控制理论如何成功应用于各个工程领域。 机器人控制： 探讨如何使用先进的控制算法来控制机器人的运动，包括轨迹跟踪、力控制和多机器人协同。 过程控制： 分析在化工、冶金、电力等工业过程中的具体应用，例如温度、压力、流量等参数的精确控制，以及如何利用MPC等先进技术来优化生产效率和产品质量。 航空航天与汽车控制： 讲解在飞机姿态控制、自动驾驶、发动机控制等领域的控制系统设计。 智能系统与新兴应用： 展望控制理论在人工智能、物联网、智能电网等新兴领域的应用前景，例如强化学习与控制的结合，以及对复杂分布式系统的控制。 学习方法与实践指导 本书不仅注重理论的深度，更强调实践的能力。在每个章节的讲解过程中，我们都穿插了大量的示例，并通过MATLAB/Simulink等仿真工具进行演示。我们鼓励读者动手实践，通过调整参数、修改模型、对比不同控制策略的效果，来加深对理论的理解。同时，本书提供了丰富的习题，涵盖理论推导、仿真分析和实际问题求解，以帮助读者巩固所学知识。 本书的特色 理论体系完整，逻辑清晰： 从基础到前沿，循序渐进，层层深入。 工程导向，应用为先： 强调理论与实际工程问题的结合，通过案例分析展示控制理论的强大生命力。 数学工具严谨，仿真辅助教学： 充分利用现代数学工具，并结合仿真软件，使抽象的理论变得直观易懂。 强调鲁棒性和优化： 关注实际工程中系统不确定性和性能优化的重要性。 通过学习本书，读者将能够深刻理解自动控制系统的基本原理，掌握分析和设计各种控制器的基本方法，并能够将所学的知识灵活应用于解决复杂的工程控制问题，为成为一名优秀的控制工程师奠定坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计真是太吸引人了，那种带着科技感的蓝色调，一下子就抓住了我的眼球。我本身对这类理工科的书籍不太感冒，总觉得内容会枯燥乏味，但这本书的排版和字体选择却出乎意料地舒服，让人有种想要翻开一探究竟的冲动。拿到手里，分量很实在，感觉是用料扎实的那种，不像有些教材轻飘飘的。我尤其欣赏封面上那个抽象的系统图示，虽然我还不懂具体含义，但它营造出的专业氛围感十足。希望里面的内容也能像它的外观一样，既有深度又不失美感，能让我这个初学者也能轻松入门。翻开扉页，印着“21世纪高等院校自动化类实用规划教材”的字样，这让我对接下来的学习内容充满了期待，毕竟是经过规划和筛选的，想必是针对当前教学热点和行业需求精选的知识体系。

评分☆☆☆☆☆

从包装和装帧来看，这本书的印刷质量似乎相当不错，纸张的白度和油墨的清晰度都达到了专业出版物的标准，这对于长时间阅读来说至关重要，能有效减轻视觉疲劳。一本好的教材，其载体本身也应该提供良好的阅读体验。我特别注意到书脊的设计，挺括耐用，便于频繁翻阅查找。对于我们这些需要频繁在不同章节间跳转参考的学习者来说，结实耐用的装帧是必备条件。如果内页的图表和波形图绘制得清晰、比例准确，没有出现墨迹模糊或线条重叠的情况，那简直是加分项。毕竟，在研究控制系统的动态响应时，对图示的每一个细节都不能放过，清晰的视觉呈现是理解复杂过程的前提。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我买过不少控制类的教材，很多通病是前几章讲得还行，到了状态空间表示和现代控制理论那块儿就变得极其抽象，公式多到让人头皮发麻，感觉更像是给数学系学生准备的。这本书的定价相对适中，但如果它真能做到“实用规划”这四个字的要求，那就是超值了。我最看重的是它对于“应用”二字的侧重程度。我希望它不仅能告诉我“是什么”，更能告诉我“怎么做”。比如，在讲解系统辨识时，是否会推荐一些常用的软件工具箱，并给出实际采集数据的处理流程？在讨论鲁棒控制时，会不会有针对实际传感器噪声和执行器饱和问题的讨论？如果能提供足够的习题，并且这些习题的难度梯度设计得合理——从基础巩固到挑战分析——那么这本书无疑会成为我案头常备的工具书，而非束之高阁的理论辞典。

评分☆☆☆☆☆

我最近在忙着准备一个重要的项目，涉及到复杂的实时数据处理和反馈回路设计，所以急需一本既有理论深度又能指导实践的参考书。这本书的内容结构布局给我留下了深刻的印象。它似乎非常注重理论与工程应用的结合，从最基础的传递函数和系统建模讲起，逐步深入到现代控制理论的各种先进方法。特别是关于仿真和实验验证的部分，我猜想它一定提供了很多实用的案例和步骤，而不是停留在纯粹的数学推导上。如果书里能详细解析几种主流的控制算法（比如PID、模糊控制或者更高级的LQR）在不同工业场景下的具体应用思路和参数整定技巧，那对我来说简直是如虎添翼。希望作者在讲解复杂概念时，能多采用一些形象的比喻或者流程图，帮助我们这些还在摸索阶段的人快速建立起直观的认知，而不是仅仅依靠晦涩的公式堆砌。

评分☆☆☆☆☆

我一直觉得，优秀的教材不仅仅是知识的传递者，更是思维方式的引导者。这本书的作者群如果经验丰富，想必能在行文中体现出老工程师特有的那种“直觉性”和“工程判断力”。我希望能从这本书中学到的不仅仅是控制器的设计方法，更重要的是面对一个陌生的、不确定的物理系统时，如何快速地提炼出数学模型，如何权衡性能、稳定性和实现成本之间的矛盾。例如，在讨论非线性系统控制时，如果能穿插一些关于实际电机、阀门等物理对象特性的讨论，就更有代入感了。那种将纯粹的数学工具“驯化”为解决真实世界问题的利器的感觉，才是学习这门学科最迷人的地方。我期望它能培养我这种“工程师的眼光”。