自动控制原理·简明篇/“十三五”普通高等教育本科规划教材 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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杨平，翁思义，余洁，王志萍，徐晓丽 著

图书标签:

• 自动控制原理
• 控制工程
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• 高等教育
• 教材
• 自动化
• 系统控制
• 经典控制
• “十三五”规划教材
• 简明篇

出版社： 中国电力出版社

ISBN：9787512381209

版次：1

商品编码：11776628

包装：平装

丛书名： “十三五”普通高等教育本科规划教材

开本：16开

出版时间：2015-09-01

用纸：胶版纸

页数：284

字数：430000

内容简介

　　《自动控制原理·简明篇/“十三五”普通高等教育本科规划教材》针对本科院校非自动化专业的短学时课程教学需要编写，力求通俗易懂又简明实用。本书比较全面地介绍了自动控制系统的分析与设计理论和应用技术，内容包括控制系统的数学模型、控制系统的时域分析与系统设计导论、控制系统的根轨迹分析与设计、频域分析与设计、离散控制系统的分析与设计，以及非线性控制系统的分析。所选内容都是目前控制理论和应用技术中最基础的部分，所以特别适用于想要了解和掌握控制理论和应用技术的初学者进行入门学习。

前言/序言

《现代控制理论基础与工程应用》 引言 在科学技术飞速发展的今天，控制理论作为一门核心的工程学科，其重要性不言而喻。从微观的精密仪器到宏观的航空航天系统，再到复杂的工业生产流程，无不渗透着控制的智慧。本书《现代控制理论基础与工程应用》旨在为读者构建一个扎实的现代控制理论知识体系，并深入探讨其在各类工程实践中的具体应用。我们力求在理论的严谨性与应用的广泛性之间取得平衡，帮助读者理解控制系统的本质，掌握分析和设计控制器的基本方法，并能灵活运用所学知识解决实际工程问题。 第一章 绪论：控制理论的演进与现代视角 本章将追溯控制理论的发展历程，从早期经典的伺服系统和反馈概念讲起，到状态空间方法、最优控制、鲁棒控制等现代控制理论的兴起。我们将探讨不同历史时期控制理论关注的重点和解决问题的思路。在此基础上，本章将引入现代控制理论的核心思想，例如系统模型、稳定性、可控性、可观性等基本概念。我们将强调数学模型在理解和描述动态系统中的关键作用，并初步介绍几种常用的系统建模方法，如传递函数模型、微分方程模型和框图表示。通过对这些基础概念的梳理，为后续章节的学习奠定坚实的基础。 第二章 线性时不变系统的状态空间描述 状态空间方法是现代控制理论的基石之一。本章将详细介绍如何将一个线性时不变（LTI）系统用一组一阶线性微分方程（状态方程）和输出方程来表示。我们将深入讲解状态向量、状态方程和输出方程的物理意义，以及它们与传统传递函数模型之间的联系与区别。读者将学习如何从系统的物理结构或实验数据中建立系统的状态空间模型，并理解状态变量在描述系统内部动态行为中的不可替代性。本章还将讨论状态空间表示的优点，例如能够处理多输入多输出（MIMO）系统，以及便于进行计算机仿真和分析。 第三章 线性时不变系统的稳定性分析 稳定性是评价一个控制系统性能的首要指标。本章将集中探讨线性时不变系统的稳定性概念，包括渐近稳定性、一致稳定性以及指数稳定性。我们将介绍几种主要的稳定性判据，包括代数判据（如劳斯-霍尔维茨判据）和李雅普诺夫稳定性判据。李雅普诺夫方法作为一种更为普适的稳定性分析工具，在本章将得到重点介绍，包括直接法和间接法，以及如何构造李雅普诺夫函数来判断系统的稳定性。此外，还将讨论特征值与系统稳定性的关系，以及如何通过分析闭环系统的特征值来判断其稳定性。 第四章 线性时不变系统的可控性与可观性 可控性与可观性是状态空间方法中两个至关重要的概念，它们直接关系到我们能否通过控制输入来驱动系统的状态达到期望的目标，以及能否通过测量输出信息来推断系统的内部状态。本章将深入讲解可控性的定义和判据，包括由卡尔曼提出的可控性矩阵判据。我们将分析可控性对于状态反馈控制设计的重要性。接着，本章将阐述可观性的概念，并介绍可观性矩阵判据。可观性对于状态估计器的设计至关重要，我们将初步探讨其在状态重构中的作用。理解并掌握可控性和可观性是进行更深入的控制系统设计的基础。 第五章 经典控制理论的回顾与发展 尽管现代控制理论在工程领域取得了巨大成功，但经典的控制理论方法（如PID控制）在许多应用中仍然占据着主导地位，且易于理解和实现。本章将对经典控制理论进行系统回顾，重点介绍PID（比例-积分-微分）控制器的工作原理、参数整定方法（如Ziegler-Nichols方法）以及其在改善系统性能方面的作用。我们将分析PID控制器在稳定性和响应速度上的优势与局限性。此外，本章还将简要介绍频率响应分析方法，如波特图和奈奎斯特图，以及它们在系统稳定性分析和设计中的应用。通过对经典方法的梳理，我们能够更好地理解现代控制理论的出现及其对经典理论的补充和发展。 第六章 状态反馈控制设计 状态反馈是现代控制理论中一种强大的控制策略，其核心思想是将系统的内部状态信息作为反馈信号，并根据预设的控制规律来调整输入信号，从而达到控制系统的目的。本章将详细介绍状态反馈控制的设计方法，包括极点配置（或称极点配置法）。我们将阐述如何通过选择合适的反馈增益矩阵，将闭环系统的极点配置到期望的位置，以达到预期的动态响应性能。本章还将讨论全状态反馈的局限性，即通常无法直接测量所有状态变量。 第七章 状态估计与观测器设计 在实际工程应用中，我们往往无法直接测量系统的所有状态变量。此时，就需要借助状态估计器（或称观测器）来根据可测量的输出和输入信息来估计系统的内部状态。本章将重点介绍卡尔曼滤波器（Kalman Filter）这一最优线性观测器。我们将详细推导卡尔曼滤波器的基本原理和递推算法，并分析其在噪声环境下的状态估计性能。此外，还将介绍简单的线性观测器（如 Luenberger 观测器）的设计方法，并讨论观测器的稳定性和收敛性。通过本章的学习，读者将掌握如何设计状态估计器来解决状态变量不可测的问题。 第八章 数字控制系统的基本理论 随着计算机技术的发展，数字控制器在现代控制系统中扮演着越来越重要的角色。本章将聚焦于数字控制系统的基本理论，包括离散化技术、零阶保持器（ZOH）以及离散时间系统的分析方法。我们将学习如何将连续时间系统的模型转换为离散时间模型，以及离散时间系统的传递函数和状态空间表示。本章还将介绍离散时间系统的稳定性判据，如朱里判据。理解数字控制系统的基本原理是进行实际数字控制器设计和实现的前提。 第九章 控制系统的工程应用实例 理论知识的掌握最终是为了解决实际工程问题。本章将通过多个具体的工程应用实例，来展示现代控制理论的强大威力。我们将分析不同领域（如机器人控制、航空航天姿态控制、过程控制、汽车自动驾驶等）中的典型控制问题，并介绍如何运用本章所学的理论知识来分析和设计相应的控制器。例如，我们将讨论如何为机器人关节设计伺服控制器，如何为飞行器设计姿态稳定系统，以及如何为化工过程设计PID或状态反馈控制器。通过这些实例，读者将能够更直观地理解理论与实践的结合，并培养将所学知识应用于解决实际工程挑战的能力。 第十章 新兴控制理论的展望 本章将对控制理论领域的一些前沿和新兴方向进行简要介绍，为读者打开更广阔的视野。我们将探讨自适应控制、模型预测控制（MPC）、模糊控制、神经网络控制以及鲁棒控制等先进控制策略的原理和应用潜力。例如，我们将简要介绍模型预测控制如何通过优化算法在预测模型的基础上生成控制信号，以及它在处理约束和复杂动态系统中的优势。虽然这些内容可能超出本书的详尽论述范围，但旨在激发读者对这些更高级控制理论的兴趣，并为他们未来的深入学习指明方向。 结论 《现代控制理论基础与工程应用》致力于为读者提供一个全面而深入的控制理论学习体验。我们相信，通过对本书内容的系统学习，读者将能够深刻理解控制系统的基本原理，熟练掌握分析和设计各类控制系统的常用方法，并能够将其应用于解决现实世界中的复杂工程问题。控制理论的发展日新月异，本书所提供的基础知识将是读者在这个充满活力的领域中不断探索和创新的坚实起点。

评分☆☆☆☆☆

我一直对那些能够将复杂理论剥离至最本质，用最简洁明了的方式呈现出来的教材抱有极大的好感。这本《自动控制原理·简明篇》正是满足了我这种期待。它没有像其他教材那样一开始就堆砌大量的数学公式和冗长的理论推导，而是从最基础的概念入手，比如系统、反馈、稳定性等，用通俗易懂的语言进行解释，甚至穿插了一些非常贴切的实际生活中的例子，让我能够迅速建立起对自动控制这门学科的整体认知框架。这种“由浅入深”的处理方式，对于我这种初学者来说，极大地降低了学习门槛，让我不再被枯燥的数学符号吓倒，而是能够更专注于理解其背后的物理意义和工程应用。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧倒是挺不错的，封面设计简洁大方，摸上去有种纸张的厚实感，拿在手里也比较有分量。打开来，纸张的质量也令我满意，白度适中，不会过于刺眼，印刷也相当清晰，字迹工整，阅读起来感觉很舒服，这一点对于一本需要反复查阅和思考的教材来说，是非常重要的。排版方面，标题、小标题、正文、公式、图表的布局都显得十分合理，逻辑清晰，能够引导读者循序渐进地理解内容。我尤其注意到书中引用的很多图表，线条流畅，标注清晰，这对于理解一些抽象的控制系统模型和波形图非常有帮助。合上书的时候，总体的触感和视觉感受都给人一种专业、严谨、值得信赖的感觉，这让我对即将开始的学习充满期待。

评分☆☆☆☆☆

书中对实际工程应用的关注，确实让我耳目一新。虽然书名是“简明篇”，但它并没有因此而忽略理论与实践的结合。在讲解完相关的理论知识后，书中会立刻引出一些典型的工程案例，比如电机的位置控制、飞机的姿态稳定等。这些案例不仅生动形象，而且能够很好地印证前面所学的概念和方法。我甚至能够想象到，将书中的理论知识应用到这些实际场景中，能够带来怎样的改变和提升。这种将理论“落地”的处理方式，极大地激发了我学习的积极性，让我看到了这门学科在现实世界中的巨大价值。

评分☆☆☆☆☆

这本教材在讲解一些关键的概念时，思路非常清晰，逻辑性极强。例如，在介绍传递函数和频率响应时，作者不仅仅是给出了定义和计算方法，更是深入浅出地分析了它们与系统性能之间的内在联系。我尤其喜欢它对根轨迹和奈奎斯特图的讲解，通过多角度、多层次的分析，将抽象的数学工具转化为直观的工程判断依据。它不仅仅是在“教”你知识点，更是在“教”你如何思考，如何运用这些工具去分析和设计实际的控制系统。这种教学方式，让我感觉自己不仅仅是在被动接受信息，而是在主动参与到知识的构建过程中，受益匪浅。

评分☆☆☆☆☆

读完这本书，我最大的感受是它在内容的选择上非常有侧重，聚焦于自动控制原理的核心要点，而没有面面俱到地展开，这恰恰是“简明”二字的精髓所在。它帮助我迅速掌握了自动控制领域最基本、最核心的理论和方法，避免了在浩瀚的知识海洋中迷失方向。对于我这样时间有限、需要快速掌握一门新学科精髓的学生来说，这种“做减法”的教学思路，显得尤为珍贵。它不是一本“百科全书”式的教材，而是一本能够引领你快速进入自动控制领域“门道”的“导航仪”。