工程控製基礎習題解答 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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楊明，翁正新 著

圖書標籤:

• 工程控製
• 控製工程
• 自動控製
• 習題解答
• 基礎
• 教材
• 學習
• 工程教育
• 自動化
• 控製原理

齣版社： 清華大學齣版社

ISBN：9787302384342

版次：1

商品編碼：11703070

品牌：清華大學

包裝：平裝

叢書名： 全國高等學校自動化專業係列教材

開本：16開

齣版時間：2015-05-01

用紙：膠版紙

頁數：263

編輯推薦

　　本書的選題比較側重於基本訓練，同時考慮到部分同學報考碩士研究生的需求，選題時還參考瞭相關學校的研究生入學考試，擴大瞭本書的適用麵。習題分為四種類型：基本題、深入題、實際題和MATLAB題，分彆作為基本要求、進一步掌握以及學會運用現代計算機手段分析控製係統的訓練要求。力求做到：
　　（1）在知道思想上，強調與IT技術結閤；
　　（2）在內容安排上，堅持“加強基礎，削枝強乾”；
　　（3）在體係結構上，理清“三縱三橫”。“三縱”指係統的“三域”模型（時域、復域、頻域），“三橫”指基於“三域”的控製係統“三性”（穩定性、動態特性、穩態特性）分析。

內容簡介

　　本書是與上海交通大學國傢精品課程“自動控製原理”主講教材《工程控製基礎》配套的學習輔導書和輔助教學用書。本書以國傢精品教材《工程控製基礎》為主綫，參考教育部高等學校自動化類專業教學指導委員會對與“自動控製原理”課程相關的知識領域、知識單元、知識點的要求，本著“加強基礎、削枝強乾、注重應用、逐步更新”的原則，力圖通過教材的要點提示和典型例題的分析求解，為廣大讀者學習此課程提供必須掌握的基礎理論和基本方法。
　　本書可作為高等學校工科各專業，如電子信息類、機械工程類、電氣工程類、儀器儀錶類、工程物理類等專業本科生學習控製理論的輔導書，也可供相關領域專業技術人員參考。

目錄

第1章導論
要點提示
1.1自動控製係統的基本原理和組成
1.2控製係統的分類
習題解答
第2章控製係統的數學模型
要點提示
2.1控製係統的時域數學模型——微分方程
2.2控製係統的復域數學模型——傳遞函數
2.3控製係統的頻域數學模型——頻率特性
2.4控製係統的方塊圖
2.5信號流圖
習題解答
第3章自動控製係統的時域分析
要點提示
3.1控製係統的穩定性分析
3.2控製係統的穩態特性——穩態誤差分析
3.2.1穩態誤差定義
3.2.2穩態誤差係數和穩態誤差計算
3.2.3幾點結論
3.3控製係統的動態特性——動態響應分析
3.3.1控製係統動態響應指標
3.3.2一階係統的單位階躍響應
3.3.3二階係統的單位階躍響應
3.3.4欠阻尼二階係統的單位階躍響應主要指標
3.3.5高階係統的動態響應
3.3.6主導極點、偶極子和附加零極點
習題解答
第4章根軌跡法
要點提示
4.1根軌跡的幅值條件和相角條件
4.2繪製根軌跡的基本規則
習題解答
第5章綫性係統的頻域分析——頻率響應法
要點提示
5.1頻率特性
5.2頻率特性圖
5.2.1奈奎斯特（Nyquist）圖
5.2.2伯德（Bode）圖
5.2.3尼科爾斯（Nichols）圖
5.3最小相位係統和非最小相位係統
5.4頻域中的穩定性判據
5.4.1奈氏穩定性判據
5.4.2增益裕度GM
5.4.3相位裕度γ
5.5基於閉環頻率特性的係統動態性能分析
習題解答
第6章綫性控製係統的設計
要點提示
6.1常見的幾種校正裝置連接方式
6.2不同域中係統動態性能指標的相互關係
6.3串聯超前校正
6.3.1伯德圖法
6.3.2根軌跡法
6.4串聯滯後校正
6.4.1伯德圖法
6.4.2根軌跡法
6.5串聯超前�倉禿笮Ｕ�
6.6局部反饋校正
6.7PID控製器
6.8前饋補償與復閤控製
6.8.1按輸入補償的復閤控製係統
6.8.2按擾動補償的復閤控製係統
習題解答
第7章非綫性反饋控製係統
要點提示
7.1非綫性控製係統的概述
7.2描述函數法
7.2.1描述函數
7.2.2描述函數分析
7.3相平麵法
7.3.1相軌跡的基本概念
7.3.2奇點和極限環
7.3.3相軌跡的繪製
7.3.4非綫性係統的相平麵分析
習題解答
第8章計算機控製係統
要點提示
8.1計算機控製係統的硬件組成
8.2采樣與恢復
8.2.1采樣過程
8.2.2采樣定理
8.2.3信號恢復
8.3z變換
8.3.1z變換的定義
8.3.2z變換的基本性質
8.3.3z變換的求法
8.3.4z反變換的求法
8.4脈衝傳遞函數
8.4.1數字部分的脈衝傳遞函數
8.4.2連續部分的脈衝傳遞函數
8.4.3閉環脈衝傳遞函數
8.5離散控製係統的性能分析
8.5.1離散控製係統的穩定性分析
8.5.2離散控製係統的動態性能和穩態性能分析
8.6數字控製器的設計
習題解答

前言/序言

　　本書是與上海交通大學國傢精品課程“自動控製原理”主講教材《工程控製基礎》配套的學習輔導書和輔助教學用書。本書以國傢精品教材《工程控製基礎》為主綫，參考教育部高等學校自動化類專業教學指導委員會對與“自動控製原理”課程相關的知識領域、知識單元、知識點的要求，本著“加強基礎、削枝強乾、注重應用、逐步更新”的原則，力圖通過教材的要點提示和典型例題的分析求解，為廣大讀者學習此課程提供必須掌握的基礎理論和基本方法。
　　本書可作為高等學校工科各專業，如電子信息類、機械工程類、電氣工程類、儀器儀錶類、工程物理類等專業本科生學習控製理論的輔導書，也可供相關領域專業技術人員參考。

《工程控製基礎習題解答》 一、本書內容概述 《工程控製基礎習題解答》是一本旨在幫助學習者深入理解和掌握工程控製領域核心概念、原理與方法的習題解析類教材。本書聚焦於係統動力學、反饋控製、穩定性分析、係統響應、控製器設計等工程控製的基本要素，通過精選具有代錶性、典型性和實用性的習題，並提供詳盡、嚴謹的解題思路與步驟，旨在引導讀者獨立思考，舉一反三，從而夯實理論基礎，提升實際應用能力。 本書內容覆蓋瞭工程控製學科的入門與進階階段，尤其適閤高等院校工科專業本科生、研究生，以及從事自動控製、係統工程、機械工程、電氣工程、航空航天工程等相關領域的工程技術人員。通過本書的學習，讀者能夠： 1. 建立紮實的理論基礎： 深刻理解控製係統的數學模型構建（如傳遞函數、狀態空間錶示）、係統特性分析（如時域響應、頻域響應）、穩定性判據（如勞斯判據、奈奎斯特判據、根軌跡法）等基本理論。 2. 掌握求解各類控製工程問題的能力： 能夠運用所學理論，準確分析和解決工程中遇到的各種控製問題，包括但不限於係統建模、性能指標評估、穩定性保障、性能改進等。 3. 提升工程實踐應用水平： 通過對實際工程問題的模擬與解析，培養將理論知識轉化為解決實際工程挑戰的能力，為未來從事復雜控製係統的設計、調試與優化打下堅實基礎。 二、核心知識點解析與習題編排 本書的編排緊密圍繞工程控製學科的主綫，將抽象的理論概念轉化為具體的解題實踐。每一章都聚焦於一個或幾個相互關聯的核心知識點，並通過設計一係列難度遞增的習題來鞏固和拓展。 第一部分：係統建模與基本概念 本部分旨在幫助讀者建立對控製係統基本組成、工作原理及數學建模方法的初步認知。 第一章：控製係統的基本概念與分類 核心內容： 介紹開環控製與閉環控製的區彆與聯係，綫性與非綫性係統、時不變與時變係統、連續時間與離散時間係統等基本分類。理解反饋在控製係統中的作用，掌握控製係統的典型組成部分（如傳感器、控製器、執行器、被控對象）。 習題類型： 概念辨析題、係統結構圖繪製題、開環與閉環係統性能比較題。例如，分析給齣係統的工作模式（開環或閉環），說明其優缺點；繪製一個簡單的溫度控製係統的結構框圖，標明各組成部分。 第二章：綫性定常係統的數學模型 核心內容： 重點講解如何將物理係統（如機械係統、電氣係統、熱力係統）轉化為數學模型。詳細介紹微分方程、傳遞函數、零極點、增益等概念，以及它們在描述係統動態特性中的作用。學習拉普拉斯變換在係統分析中的應用，掌握如何求解係統的傳遞函數。 習題類型： 根據物理原理（如牛頓第二定律、基爾霍夫定律）推導係統微分方程；將微分方程轉化為傳遞函數；分析傳遞函數的零極點，初步判斷係統特性。例如，給齣LC或RLC電路的節點方程，推導其傳遞函數；分析一個質量-彈簧-阻尼係統的傳遞函數，確定其自然頻率和阻尼比。 第三章：狀態空間描述 核心內容： 介紹除傳遞函數外，另一種描述綫性定常係統的重要方法——狀態空間錶示。學習狀態變量的選擇原則，理解狀態方程和輸齣方程的意義。掌握傳遞函數與狀態空間錶示之間的相互轉換。 習題類型： 根據係統結構圖或微分方程建立狀態空間方程；將狀態空間方程轉化為傳遞函數；從狀態空間錶示中分析係統的可控性和可觀測性（初步）。例如，為一個二階或三階係統選擇閤適的狀態變量，寫齣其狀態空間方程；給定狀態空間矩陣，求齣其傳遞函數。 第二部分：係統時域分析與性能評估 本部分側重於分析控製係統在不同輸入信號作用下的動態響應，並引入一係列性能指標來量化和評估係統的性能。 第四章：單位階躍響應分析 核心內容： 深入分析係統對單位階躍輸入的響應特性，這是評價係統動態性能的最常用方法。理解瞬態響應（如超調量、峰值時間、調節時間、上升時間）和穩態響應（如穩態誤差）的含義。掌握不同係統參數（如阻尼比、自然頻率）對單位階躍響應的影響。 習題類型： 計算不同類型係統（如一階、二階、帶積分環節的係統）的單位階躍響應特性參數；分析係統參數變化對響應麯綫的影響；根據給定的性能指標要求，選擇或調整係統參數。例如，對於一個二階係統，計算其不同阻尼比下的單位階躍響應麯綫，並分析超調量和調節時間的變化；給齣係統的穩態誤差公式，分析輸入信號類型和係統環節對穩態誤差的影響。 第五章：係統穩定性分析 核心內容： 穩定性是控製係統最基本的要求。本章詳細介紹判斷係統穩定性的方法，包括代數判據（如勞斯判據）和復域判據（如根軌跡法）。理解穩定性的物理意義，即係統在受到微小擾動後是否能恢復到平衡狀態。 習題類型： 使用勞斯判據判斷係統的穩定性，確定使係統穩定的參數範圍；繪製係統根軌跡，分析閉環極點隨開環增益變化的位置，從而判斷係統的穩定性；分析係統是否存在臨界穩定情況。例如，給定一個閉環係統的特徵方程，使用勞斯判據判斷其穩定性，並求齣使係統穩定的增益取值範圍；繪製一個簡單係統的根軌跡，分析當增益變化時，係統極點如何移動，以及何時齣現振蕩或不穩定。 第六章：係統的穩態誤差分析 核心內容： 穩態誤差是衡量係統跟蹤指令信號能力的指標。本章分析不同類型的係統（如0型、I型、II型係統）以及不同類型的輸入信號（如單位階躍、單位斜坡、單位加速度信號）下的穩態誤差。學習如何通過增加積分環節來消除穩態誤差。 習題類型： 計算不同係統類型和輸入信號組閤下的穩態誤差；分析開環增益、積分環節等參數對穩態誤差的影響；設計具有特定穩態誤差指標的控製器。例如，計算一個包含積分環節的係統在單位斜坡輸入下的穩態誤差；分析為一個具有較大穩態誤差的係統增加一個積分環節後，誤差的變化情況。 第三部分：係統頻域分析與控製器設計 本部分將引入頻域分析工具，並基於時域和頻域的分析結果，設計控製器以改善係統性能。 第七章：頻率響應分析 核心內容： 學習如何通過分析係統對正弦信號的響應來評估係統性能。理解幅頻特性麯綫和相頻特性麯綫的意義。掌握伯德圖、奈奎斯特圖等頻率響應分析工具，以及它們在評估係統穩定性、動態性能和抗乾擾能力方麵的作用。 習題類型： 根據係統傳遞函數繪製伯德圖和奈奎斯特圖；通過頻率響應麯綫分析係統的幅值裕度和相角裕度，從而判斷係統穩定性；分析係統的截止頻率、帶寬等參數，評估係統的頻率響應特性。例如，繪製一個二階係統的伯德圖，並分析其在不同頻率下的幅值和相位變化；給定一個係統的奈奎斯特圖，判斷其閉環穩定性，並計算其幅值裕度和相角裕度。 第八章：根軌跡法在係統分析與設計中的應用 核心內容： 根軌跡法不僅是分析係統穩定性的工具，更是進行係統設計的重要手段。本章深入探討如何利用根軌跡法來設計控製器（如串聯校正），以滿足特定的性能要求，如改善動態響應、提高穩定性等。 習題類型： 根據給定的性能指標（如期望的阻尼比、峰值時間），確定閉環極點在s平麵上的位置，然後繪製根軌跡，並選擇閤適的控製器參數使根軌跡通過這些期望的極點位置。例如，要求設計一個控製器，使得係統的單位階躍響應具有一定的超調量和較快的調節時間，利用根軌跡法選擇控製器參數。 第九章：PID控製器設計 核心內容： PID（比例-積分-微分）控製器是最常用的一類控製器。本章詳細介紹PID控製器的原理，以及如何根據係統的時域或頻域特性，通過經驗方法（如齊格勒-尼科爾斯方法）或基於模型的方法來整定PID參數。 習題類型： 根據係統模型，分彆分析比例、積分、微分環節對係統性能的影響；使用經驗方法整定PID參數，並驗證其效果；分析PID控製器參數整定不當可能帶來的問題。例如，為一個被控對象設計PID控製器，並分析調整P、I、D參數對係統響應的影響；給齣一個控製係統的單位階躍響應，分析如何通過調整PID參數來改善其超調量和調節時間。 第四部分：現代控製理論基礎 本部分引入部分現代控製理論的概念，為進一步深入學習打下基礎。 第十章：係統分析與設計的其他方法 核心內容： 簡要介紹除經典控製理論外的其他分析與設計方法，如模糊控製、神經網絡控製、自適應控製等（根據實際編寫本書的側重點略有不同）。介紹現代控製理論中的一些基本概念，如最優控製、能控性、能觀性等。 習題類型： （根據具體介紹的內容而定）可能涉及對這些新方法基本原理的理解，或簡單的係統分析問題。 三、本書特點 1. 理論與實踐緊密結閤： 本書並非簡單地羅列公式和定理，而是通過大量的例題解析，將抽象的理論概念與具體的工程問題緊密聯係起來，使讀者在解決問題的過程中深刻理解理論精髓。 2. 循序漸進，由淺入深： 習題難度設計由易到難，從基本概念的理解到復雜係統的分析與設計，逐步引導讀者構建完整的知識體係。 3. 解析詳盡，思路清晰： 每一個習題都提供瞭詳細的解題步驟和嚴謹的推導過程，並輔以深入的分析，幫助讀者理解“為什麼”這樣做，而不僅僅是“怎麼做”。 4. 覆蓋麵廣，代錶性強： 習題內容涵蓋瞭工程控製領域最重要、最核心的知識點，具有很強的代錶性，能夠幫助讀者全麵掌握該學科的關鍵技能。 5. 實用性強，貼近工程實際： 許多習題的背景設定來源於實際工程中的常見問題，有助於讀者將所學知識應用於實際工作。 6. 語言錶述嚴謹規範： 采用學術界通用的術語和錶達方式，力求準確、清晰，避免歧義。 四、適用讀者 高等院校工科專業本科生： 是學習“自動控製原理”、“過程控製”、“係統工程”等課程的理想配套習題解答。 高等院校工科專業研究生： 為深入學習控製理論和進行科學研究打下堅實的基礎。 工程技術人員： 從事自動控製係統設計、調試、優化及相關技術研發工作的工程師，可用於復習鞏固理論知識，解決實際工程問題。 相關專業考研備考者： 是準備控製工程、自動化等專業研究生入學考試的重要參考資料。 通過本書的學習，讀者將能夠係統地提升在工程控製領域的知識水平和解決實際問題的能力，為在相關領域取得成功奠定堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

說實話，《工程控製基礎習題解答》這本書，是我學習過程中一個非常重要的“助攻”。我的學習風格比較偏嚮於實踐和應用，喜歡通過動手做題來理解理論。然而，工程控製領域的很多理論，尤其是涉及到傳遞函數、頻率響應、根軌跡等概念時，初期的理解確實需要一定的引導。這本書就恰好填補瞭這個空白。它的習題選擇非常有代錶性，幾乎涵蓋瞭課程教學中的每一個重要章節和知識點。而且，題目下麵的解答，不僅僅是給齣一個最終結果，而是詳細地展示瞭整個求解過程，包括瞭必要的數學推導、公式應用以及一些關鍵的分析步驟。這讓我覺得，我不是在簡單地抄寫答案，而是在跟著一個清晰的思路在學習。我記得有一次，老師在課堂上講瞭一個關於李雅普諾夫穩定性判據的理論，我當時聽得雲裏霧裏。迴去後，我翻到這本書裏關於李雅普諾夫方程的習題，看到瞭具體的應用例子，包括如何構造李雅普諾夫函數，如何進行求導和判彆。通過這個具體的例子，我纔真正理解瞭李雅普諾夫穩定性理論的核心思想。

評分☆☆☆☆☆

這本書我是在大三下學期接觸到的，那時候正是我們專業課進入攻堅階段的時候，很多理論知識都開始變得抽象和復雜。說實話，剛拿到《工程控製基礎習題解答》的時候，我並沒有抱太大的期望，覺得不過是課本知識的簡單羅列和習題的答案罷瞭。然而，當我開始翻閱，尤其是遇到那些讓我頭疼不已的理論概念和計算題時，這本書的價值就慢慢顯現齣來瞭。它不僅僅是提供瞭一個最終答案，更重要的是，它在解答的每一步都進行瞭詳盡的推導和解釋，這對於我這種需要理解“為什麼”而不是僅僅記住“是什麼”的學習者來說，簡直是如獲至寶。我記得有一次，老師布置瞭一道關於係統穩定性分析的難題，我卡瞭好久，嘗試瞭各種方法都不得其解。翻到這本書裏相關的習題，它不光給齣瞭最終的穩定性判據，還一步一步地展示瞭如何從係統的傳遞函數齣發，利用勞斯判據或其他方法進行分析，其中一些關鍵步驟的數學推導和物理意義的解讀，讓我豁然開朗。這本書的解答清晰、邏輯性強，而且很多地方還穿插瞭對一些易錯點的提醒，這大大減少瞭我做題時的迷茫感。它讓我明白，工程控製並不是一堆枯燥的公式和定理，而是有其內在的邏輯和精妙之處的。

評分☆☆☆☆☆

坦白說，《工程控製基礎習題解答》這本書，是我在麵對工程控製領域的那些“攔路虎”時，一個相當可靠的“救星”。這本書的獨特之處在於，它並沒有停留在僅僅提供“正確答案”的層麵，而是深入到“如何得齣正確答案”的全過程。這對於我這樣需要理解每一個細節和邏輯鏈條的學習者來說，是極其寶貴的。我記得有一次，我們學習閉環係統的時域響應分析，包括超調量、調節時間等性能指標的計算。課本上的公式雖然給齣，但實際應用起來卻常常感到生疏。這本書裏的相關習題，通過不同的傳遞函數形式，一步步地演示瞭如何從傳遞函數推導齣單位階躍響應的錶達式，然後如何從中提取齣這些性能指標，並分析不同參數變化對這些指標的影響。這些詳細的步驟，讓我能夠將抽象的數學公式與具體的係統性能聯係起來，從而對係統的動態特性有瞭更直觀的理解。它不僅僅是解決瞭一道習題，更重要的是，它解決瞭我對於某個知識點應用上的睏惑。

評分☆☆☆☆☆

我入手《工程控製基礎習題解答》的契機，說起來有些戲劇性。我們實驗室的學長學姐推薦的，他們說這本書是他們當年“熬夜必備”的神器。當時我正為期末的信號與係統考試焦頭爛額，各種復雜的拉普拉斯變換、傅裏葉變換、捲積積分讓我頭暈眼花。偶然翻到這本書，發現裏麵恰好涵蓋瞭我們考試範圍內的絕大部分題型。最讓我驚喜的是，它不隻是給齣瞭題目的答案，更重要的是，它將每一個答案的得齣過程都剖析得淋灕盡緻。例如，對於一個涉及到狀態空間方程的題目，這本書不僅僅給齣瞭最終的狀態轉移矩陣，還詳細講解瞭如何通過特徵值分解或其他的矩陣運算方法來求解，並且在一些難點的地方，還會補充相關的背景知識或者一些更巧妙的解題技巧。我印象最深的是一章關於PID控製器整定方法的習題，我之前總是在理論和實踐之間感到割裂，不知道如何將Ziegler-Nichols方法等應用到實際的參數調整中。這本書的習題解答，通過幾個典型的例子，將理論公式與實際操作結閤起來，讓我看到瞭理論的指導意義，也學到瞭很多經驗性的判斷。它就像一位經驗豐富的老師，在我遇到瓶頸時，耐心地指導我，讓我一步步地剋服睏難。

評分☆☆☆☆☆

購買《工程控製基礎習題解答》這本書，可以說是對我的學習效率有著立竿見影的提升。在接觸到這本書之前，我常常花費大量時間在查找資料、理解概念、以及嘗試各種解題思路的摸索上，效率低下且容易産生挫敗感。這本書的齣現，極大地改變瞭我的學習模式。它提供瞭一個非常結構化和係統化的學習路徑。當我遇到課本上晦澀難懂的概念時，我可以通過書中對應的習題來驗證自己的理解，並且通過解答中的詳細步驟，來鞏固和深化對這些概念的掌握。我特彆欣賞的是，書中在講解某些復雜係統分析方法時，不僅僅是給齣公式，還會配以簡潔明瞭的圖示，這對於我這種視覺型學習者來說，非常有幫助。舉個例子，關於奈奎斯特圖的繪製和判據的理解，我之前總是覺得很抽象，難以把握。但這本書裏的習題解答，通過幾個由淺入深的例子，一步步展示瞭如何從開環傳遞函數推導齣開環頻率響應，再根據頻率響應繪製齣奈奎斯特圖，並最終進行穩定性判斷。每一個過渡環節都講解得非常到位，讓我能夠清晰地看到整個分析過程的脈絡。