多年一线教学经验的总结,适合本专科自动化和相关专业必修课程
本书系统地介绍了经典控制理论的基本内容,着重于基本概念、基本理论和基本方法的论述。全书共分8章:自动控制系统的基本概念、控制系统的建模、控制系统的时域分析法、控制系统的根轨迹法、控制系统的频率响应法、控制系统的校正、非线性控制系统、离散控制系统。 本书有两个重要特点。一是体现了科学性与实用性。为了科学地、验证理论内容,在每章都加入了Matlab的具体应用实例。为了便于读者深入理解书中所述的重要概念,每章都列举了一定数量的例题和习题,供练习之用。二是适合语码转换式双语教学。在每节中都为重要的技术术语加注了英文词汇,每节末都加入了重点概念和术语的中英文对照表,便于学生为阅读外文专业文献积累词汇量,进而切实地提高双语教学水平。
张涛,博士,副教授,主讲自动控制原理、电路原理、计算机控制技术等多门课程,主持和参与多项省部级教学建设项目。科研方面,主要从事先进控制理论及电动汽车方面的研究工作,主持参与了*家级、省部级科研课题6项,出版专著多部,发表论文20余篇,其中Sci检索3篇,Ei检索17篇。
第1章 自动控制系统的基本概念 1
1.1 自动控制系统的定义 1
1.2 自动控制系统的分类 4
1.2.1 运动与过程控制系统 4
1.2.2 开环与闭环控制系统 4
1.2.3 定值、随动与程序控制系统 6
1.2.4 线性与非线性控制系统 7
1.2.5 连续与离散控制系统 8
1.3 自动控制系统的性能评价 8
1.4 自动控制理论的发展概况 10
小结 13
习题 13
第2章 控制系统的建模 15
2.1 控制系统微分方程的建立 16
2.1.1 简单系统微分方程的建立 16
2.1.2 复杂系统微分方程的建立 18
2.2 非线性数学模型的线性化 21
2.3 传递函数 24
2.3.1 传递函数的定义 24
2.3.2 传递函数的特点 25
2.3.3 传递函数与理想单位脉冲响应的关系 26
2.3.4 系统典型环节的传递函数 28
2.4 系统框图与传递函数 33
2.4.1 框图的组成 33
2.4.2 系统框图的建立 33
2.4.3 框图的等效变换 35
2.4.4 控制系统的传递函数 40
2.5 信号流图和梅逊公式的应用 42
2.5.1 信号流图的概念 42
2.5.2 信号流图的术语和性质 43
2.5.3 梅逊增益公式及其应用 45
2.6 利用Matlab建立数学模型 48
小结 51
习题 51
第3章 控制系统的时域分析法 54
3.1 控制系统的时域性能指标 54
3.1.1 典型输入信号 54
3.1.2 控制系统时域性能指标 57
3.2 一阶系统的时域分析 59
3.2.1 一阶系统的数学模型 59
3.2.2 一阶系统的单位阶跃响应 59
3.2.3 一阶系统的单位斜坡响应 61
3.2.4 一阶系统的单位抛物线响应 61
3.2.5 一阶系统的单位脉冲响应 62
3.3 二阶系统的时域分析 62
3.3.1 二阶系统的数学模型 62
3.3.2 二阶系统的单位阶跃响应 64
3.3.3 欠阻尼二阶系统的性能分析 67
3.3.4 二阶系统的单位脉冲响应 71
3.3.5 二阶工程最佳参数 72
3.4 高阶系统的时域分析 73
3.4.1 高阶系统的单位阶跃响应 74
3.4.2 闭环主导极点 75
3.5 线性系统的稳定性分析 75
3.5.1 稳定性的基本概念 76
3.5.2 线性系统稳定的充分必要条件 77
3.5.3 线性系统稳定的必要条件 78
3.5.4 劳斯稳定判据 78
3.5.5 赫尔维兹稳定判据 81
3.5.6 劳斯判据的应用 82
3.6 控制系统的稳态误差 84
3.6.1 稳态误差的定义 84
3.6.2 系统类型与输入作用下的稳态误差 85
3.6.3 扰动作用下的稳态误差 88
3.6.4 提高系统稳态精度的方法 90
3.7 Matlab在时域分析法中的应用 90
3.7.1 单位脉冲响应和单位阶跃响应 90
3.7.2 单位斜坡响应 92
3.7.3 任意函数作用下系统的响应 93
3.7.4 Simulink中时域响应举例 95
小结 96
习题 96
第4章 控制系统的根轨迹法 99
4.1 根轨迹的基本概念 99
4.1.1 根轨迹的概念 99
4.1.2 根轨迹与系统性能 100
4.1.3 根轨迹的幅值条件和相角条件 101
4.1.4 根轨迹增益与系统开环增益的关系 102
4.2 绘制根轨迹的基本法则 103
4.3 广义根轨迹的绘制 114
4.3.1 参量根轨迹 114
4.3.2 零度根轨迹 117
4.4 用根轨迹分析闭环控制系统的性能 120
4.4.1 用根轨迹分析系统的稳定性 120
4.4.2 用根轨迹分析系统的动态性能 121
4.4.3 用根轨迹分析系统的稳态性能 122
4.4.4 附加开环零、极点的作用 124
4.5 Matlab在根轨迹法中的应用 126
小结 131
习题 131
第5章 控制系统的频率响应法 135
5.1 频率特性 135
5.1.1 频率特性的基本概念 135
5.1.2 由传递函数确定系统的频率响应 137
5.2 对数坐标图 139
5.2.1 典型因子的伯德图 140
5.2.2 绘制开环系统伯德图的一般步骤 148
5.2.3 最小相位系统与非最小相位系统 149
5.2.4 系统的类型与对数幅频特性曲线低频渐近线的对应关系 150
5.3 极坐标图 153
5.3.1 典型因子的乃氏图 153
5.3.2 极坐标图的一般形状 157
5.4 乃奎斯特稳定判据 160
5.4.1 幅角原理 160
5.4.2 乃奎斯特稳定判据 162
5.4.3 乃氏判据应用于滞后系统 168
5.5 相对稳定性分析 170
5.5.1 增益裕量 171
5.5.2 相位裕量 171
5.5.3 相对稳定性与对数幅频特性中频段斜率的关系 173
5.6 频域性能指标与时域性能指标间的关系 175
5.6.1 闭环频率特性及其特征量 175
5.6.2 二阶系统时域响应与频域响应的关系 177
5.7 传递函数的实验确定 181
5.8 Matlab在频率响应法中的应用 182
5.8.1 用Matlab绘制伯德图 183
5.8.2 用Matlab绘制乃奎斯特图 186
小结 190
习题 191
第6章 控制系统的校正 195
6.1 系统的设计与校正问题 195
6.1.1 被控对象 195
6.1.2 性能指标 195
6.1.3 系统带宽的确定 197
6.1.4 系统校正方式 198
6.2 线性系统的基本控制规律 199
6.2.1 比例控制规律 200
6.2.2 比例―微分控制规律 200
6.2.3 积分控制规律 200
6.2.4 比例―积分控制规律 201
6.2.5 比例―积分―微分控制规律 201
6.3 串联校正 202
6.3.1 超前校正 203
6.3.2 滞后校正 208
6.3.3 滞后―超前校正 214
6.4 反馈校正 220
6.4.1 利用反馈校正改变局部结构和参数 221
6.4.2 利用反馈校正取代局部结构 222
6.5 复合校正 223
6.5.1 前馈校正与反馈控制组成的复合控制 223
6.5.2 扰动补偿校正与反馈控制组成的复合控制 225
6.6 Matlab在串联校正中的应用 226
小结 233
习题 234
第7章 非线性控制系统 236
7.1 非线性控制系统概述 236
7.1.1 研究非线性控制理论的意义 236
7.1.2 非线性系统的特征 238
7.1.3 非线性系统的分析与设计方法 240
7.2 常见非线性及其对系统运动的影响 241
7.2.1 非线性特性的等效增益 241
7.2.2 常见非线性因素对系统运动的影响 243
7.3 非线性元件的描述函数 245
7.3.1 描述函数的基本概念 246
7.3.2 非线性元件描述函数的举例 247
7.3.3 用描述函数法分析非线性控制系统 252
7.4 非线性系统的相平面分析 255
7.4.1 相平面的基本概念 255
7.4.2 线性二阶系统的相轨迹 256
7.4.3 绘制相平面图的等倾斜线法 258
7.4.4 非线性系统的相平面分析 260
7.5 Matlab在相平面分析中的应用 265
小结 269
习题 270
第8章 离散控制系统 272
8.1 离散控制系统的概念 272
8.2 信号的采样与复现 275
8.2.1 采样过程 275
8.2.2 采样定理 276
8.2.3 零阶保持器 278
8.3 Z变换与Z反变换 280
8.3.1 Z变换 280
8.3.2 Z变换的基本性质 283
8.3.3 Z反变换 286
8.4 脉冲传递函数 288
8.4.1 串联环节的脉冲传递函数 289
8.4.2 闭环系统的脉冲传递函数 291
8.5 差分方程 295
8.5.1 差分的定义 295
8.5.2 差分方程概述 295
8.5.3 用Z变换法求解差分方程 296
8.5.4 用迭代法求解差分方程 297
8.6 离散控制系统的性能分析 299
8.6.1 离散控制系统的稳定性分析 299
8.6.2 闭环极点与瞬态响应的关系 302
8.6.3 离散系统的稳态误差 305
8.7 Matlab在离散控制系统中的应用 307
8.7.1 利用Simulink分析和设计离散控制系统 307
8.7.2 利用Matlab函数分析和设计离散控制系统 312
8.7.3 利用SISO分析工具分析和设计离散控制系统 312
小结 314
习题 314
前 言
要实现中华民族伟大复兴的中国梦,离不开工业全面现代化的支撑,而工业现代化的基础就是自动化,从而“自动控制理论”就成为高等院校许多学科共同的专业基础,且越来越占有重要的位置。
“自动控制理论”是专门研究有关自动化系统基本概念、基本原理和基本方法的一门课程。本书系统而全面地介绍了经典控制理论的基本内容。主要内容包括自动控制基础知识、控制系统的建模、控制系统的时域分析法、控制系统的根轨迹法、控制系统的频率响应法、控制系统的校正、非线性控制系统和离散控制系统。这些内容都是被国内外高校公认的关于自动控制理论的基本内容。
本书的一个重要特点是体现了科学性与实用性。为了科学地验证理论内容,在每章都加入了Matlab的具体应用实例。为了便于读者深入理解书中所述的重要概念,每章都列举了一定数量的例题和习题,供练习之用。
本书的另一个重要特点是适合语码转换式双语教学。在每节中都为重要的技术术语加注了英文词汇,每节末都加入了重点概念和术语的中英文对照表,便于教师在课堂上对学生进行专业词汇的渗透,使学生在学习本课程的同时逐步增加专业词汇量,方便学生更好地阅读外文专业文献,进而切实提高双语教学水平。
本书由张涛、王娟和杜海英担任主编,唐建波、马彪和宋鹏担任副主编。全书共分为8章,其中第1、5章由张涛执笔,第2、6章由王娟执笔,第3、4章由杜海英执笔,第7章由唐建波执笔,第8章由马彪执笔,每章的Matlab应用部分由宋鹏执笔。本书由徐国凯教授担任主审。研究生徐凯、马雪寒和龙雨飞承担了部分绘图和文字处理工作,在此表示感谢。
书中参考和借鉴了同类教科书的精华,为此对原书作者深表谢意。
本书可作为自动化专业本科生的教科书,也可作为电子信息类或其他与控制有关的专业的本科生、研究生及工程技术人员的参考书。
由于编者水平有限,书中一定会有一些不妥之处,恳请广大读者和同行专家批评、指正。
这本书,我刚拿到手,还没来得及细细研读,但光是看目录和前言,就让我对接下来的学习充满了期待。作为一个在自动控制领域摸爬滚打了几年的工程师,我深知理论知识的扎实与实践能力的结合是多么重要。这本书的标题“自动控制理论及MATLAB实现”恰恰点明了这一点,它不像一些纯理论的书籍那样枯燥乏味,也不像一些纯粹的编程手册那样缺乏深度。我特别看重它将抽象的控制理论概念,通过MATLAB这样一个强大的工具直观地呈现出来。我设想,当我深入学习其中关于系统建模的章节时,一定能够结合MATLAB的Simulink环境,构建出各种复杂的动态系统,并通过仿真来验证理论的正确性。例如,在学习PID控制那一章时,我希望能看到如何用MATLAB来调整PID参数,观察系统响应的变化,甚至是如何处理实际工程中常见的非线性特性带来的挑战。这本书似乎为我提供了一个绝佳的平台,让我能够将书本上的公式和图表,转化为计算机里可执行的代码和可视化的曲线。我相信,通过这本书的学习,我不仅能够更深刻地理解自动控制的精髓,更能够将这些知识转化为解决实际工程问题的能力,在我的工作中游刃有余。尤其是在项目研发过程中,能够快速地搭建模型,进行仿真分析,并找到最优的控制策略,这无疑会极大地提高工作效率和项目成功率。我非常期待书中关于各种经典控制方法(如根轨迹法、频率响应法、状态空间法等)在MATLAB中的具体实现。
评分我一直认为,一本好的技术书籍,不仅仅要传授理论知识,更要能够激发读者的思考和探索欲。《自动控制理论及MATLAB实现》这本书,正是这样一本让我充满期待的书。我特别关注书中关于“系统辨识的工程实践”和“先进控制策略在实际应用中的挑战与机遇”的章节。虽然理论上对系统辨识和一些先进控制策略有所了解,但我更希望书中能够提供一些贴近实际工程案例的讨论。例如,在系统辨识部分,我期望看到关于如何处理测量噪声、如何选择合适的模型结构、如何验证辨识结果的准确性等实际操作的经验之谈。而在先进控制策略方面,我希望书中能够结合一些具体的工业场景,比如化工过程控制、航空航天领域的应用,来探讨这些先进控制策略(如模糊逻辑控制、神经网络控制、模型预测控制等)在实际应用中遇到的挑战,例如计算复杂性、参数整定困难、对系统模型的依赖性等,并探讨如何克服这些挑战,抓住其带来的机遇。这种理论与实际相结合的深入探讨,将极大地提升我将所学知识应用于解决实际工程问题的能力。
评分我之所以对这本《自动控制理论及MATLAB实现》如此期待,是因为它不仅仅是一本理论书籍,更是一本能够指导实践的工具书。作为一名在机器人领域工作的研究人员,我深知精确的运动控制是实现机器人功能的核心。因此,我特别关注书中关于“非线性控制”和“最优控制”的章节。我希望书中能够深入讲解各种非线性控制策略,比如反馈线性化、滑模控制等,并且提供它们在MATLAB中的实现方法。这些方法对于控制具有复杂动力学特性的机器人非常重要。同时,我也对最优控制理论非常感兴趣,特别是如何利用MATLAB来求解最优控制问题。我设想书中可能会介绍如庞特里亚金最小值原理、动态规划等经典的最优控制方法,并提供利用MATLAB的优化工具箱来求解各种约束条件下的最优控制问题。例如,如何设计最优轨迹规划,如何最小化能量消耗等。我相信,通过对这些章节的学习,我能够更有效地设计出高性能的机器人控制算法,解决机器人运动规划、轨迹跟踪等难题,从而推动机器人技术的进步。
评分作为一名在工业自动化领域工作多年的技术人员,我一直都在寻找能够兼顾理论深度与实践操作的书籍。《自动控制理论及MATLAB实现》这本书的标题立刻吸引了我。我深知,在实际的工业生产中,自动化控制系统的稳定性和精确性至关重要,而这些都离不开扎实的理论基础和熟练的工具运用。这本书似乎恰好弥补了许多传统教材的不足,它不仅讲解了自动控制的基本原理,还将其与MATLAB这一行业内广泛使用的工具相结合。我特别期待书中关于“系统辨识”和“模型预测控制”的章节。在许多实际项目中,我们面临的系统往往不够清晰,甚至模型会随着时间发生变化,这时就需要通过系统辨识来获取系统的动态模型。而模型预测控制(MPC)作为一种先进的控制策略,在处理多变量、约束条件复杂的系统中展现出强大的优势。我希望书中能够提供如何在MATLAB中进行系统辨识的具体步骤和代码示例,以及如何基于辨识出的模型来设计和实现MPC控制器。例如,如何定义预测时域和控制时域,如何设置约束条件,以及如何通过仿真来评估MPC的性能。我相信,通过对这些内容的深入学习,我能够更好地应对复杂的工业控制场景,设计出更鲁棒、更高效的控制系统,从而提升生产效率和产品质量。
评分最近一直在寻找一本能够系统性地梳理自动控制理论,并且能够将理论与实际工程应用相结合的书籍,偶然间看到了这本《自动控制理论及MATLAB实现》,我个人觉得它在这一点上做得非常出色。我尤其对书中“先进控制技术”那一章节的内容感到好奇。虽然我的工作经验主要集中在传统的PID控制领域,但我一直对模糊控制、神经网络控制、自适应控制等更高级的控制策略感到着迷。我相信这本书能够为我打开一扇新的大门,让我能够领略这些前沿技术的魅力,并且通过MATLAB的实现,理解它们的工作原理和适用范围。我设想,在学习模糊控制时,书中可能会提供一些构建模糊规则库和隶属度函数的实例,以及如何利用MATLAB的Fuzzy Logic Toolbox来实现模糊控制器。同样,对于神经网络控制,我期待书中能够讲解如何构建神经网络模型,如何进行训练和优化,以及如何将其应用于控制系统中。这些先进的控制技术往往能够解决传统控制方法难以应对的复杂问题,例如系统模型不精确、环境变化等。因此,我非常看重这本书能够将这些先进的理论概念,通过具体的MATLAB代码和仿真实验,以一种易于理解的方式呈现出来,让我能够真正地掌握这些强大的工具。我希望这本书能够帮助我突破技术瓶颈,为我今后在更复杂的控制系统设计和优化方面提供坚实的基础和新的思路。
评分这本《自动控制理论及MATLAB实现》,对我而言,绝对是一笔宝贵的财富。我一直对控制理论中的“鲁棒性”和“稳定性”这些概念深感兴趣,但往往在实际应用中,它们抽象而难以捉摸。我非常希望书中能够详细阐述这些理论在MATLAB环境下的具体实现方式。例如,在鲁棒控制的章节,我期望看到如何利用MATLAB的Robust Control Toolbox来分析系统的鲁棒性,如何设计出能够抵抗模型不确定性和外部扰动的控制器。书中可能涉及如何利用极点配置、LMI(线性矩阵不等式)等方法来设计鲁棒控制器,并能通过仿真来验证这些控制器的性能。同样,在稳定性分析方面,我期待书中能够展示如何利用MATLAB的各种函数来计算系统的李雅普诺夫函数,如何判断系统的稳定性,以及如何分析系统在不同工况下的稳定性边界。这对于确保控制系统的安全可靠运行至关重要。我尤其看重书中关于“模型不确定性”的处理方法,以及如何在MATLAB中建立和分析这些不确定性模型。通过具体代码和仿真实例,我希望能够更直观地理解这些抽象的概念,并将它们应用到我的实际工程设计中,从而构建出更加稳定可靠的自动化控制系统。
评分对于我这样一名正在攻读硕士学位的学生来说,《自动控制理论及MATLAB实现》这本书无疑是一本非常宝贵的学习资料。我尤其关注书中关于“多变量系统控制”和“模型降阶”的章节。在实际的复杂工程系统中,往往涉及多个输入和多个输出,传统的单变量控制方法难以应对。我希望书中能够深入讲解多变量系统的分析方法,例如传递函数矩阵、传递函数张量等,并提供在MATLAB中如何处理这些多变量系统表示的方法。同时,我也对模型降阶技术非常感兴趣。对于一些高阶的复杂系统,直接进行控制设计可能会非常困难。我希望书中能够介绍各种模型降阶技术,例如平衡截断法、Hankel奇异值分解等,并提供在MATLAB中如何实现这些降阶方法。我相信,通过对这些内容的学习,我能够更好地理解和处理复杂的多变量控制系统,并能够对其进行有效的简化和控制,为我的毕业论文和未来的研究工作打下坚实的基础。
评分这本书,我刚翻开,就有一种豁然开朗的感觉。我一直觉得,理论的学习最终要落到实践上来,而这本书恰恰满足了我的这一需求。我特别感兴趣的是书中关于“离散时间系统”和“数字控制器设计”的部分。在实际的工业自动化系统中,我们往往处理的是离散的信号和数字控制器。我希望书中能够详细讲解如何将连续时间系统转换为离散时间系统,以及如何设计数字PID控制器、数字滤波器等。我期待书中能够提供在MATLAB中进行离散化处理的具体函数和步骤,例如Z变换、奈奎斯特采样定理的应用等。同时,我也希望书中能够展示如何利用MATLAB来设计各种数字滤波器,以满足特定的信号处理需求,例如去除噪声、平滑信号等。此外,对于数字控制器设计,我希望书中能够提供关于如何利用MATLAB来分析数字控制系统的时域和频域响应,以及如何进行控制器参数的整定。我相信,通过对这些内容的学习,我能够更有效地设计和实现数字化的自动控制系统,更好地满足现代工业对控制精度和实时性的要求。
评分拿到这本《自动控制理论及MATLAB实现》后,我迫不及待地翻阅了目录,其中关于“系统辨识”和“状态估计”的部分引起了我极大的兴趣。在很多工程实际中,我们很难直接获得被控对象的精确模型,往往需要通过实验数据来辨识系统的动态特性。我期望书中能够详细介绍各种系统辨识方法,例如最小二乘法、最大似然法等,并提供在MATLAB中实现这些方法的具体代码和仿真示例。更重要的是,我希望书中能够深入讲解状态估计的理论,特别是卡尔曼滤波及其变种,如扩展卡尔曼滤波(EKF)和无迹卡尔曼滤波(UKF)。这些技术在处理带有噪声的测量数据,并估计系统内部状态时至关重要。我设想书中会清晰地阐述卡尔曼滤波的原理,并提供在MATLAB中实现这些滤波器的完整代码,包括如何处理不同类型的噪声,如何优化滤波器的参数以获得最佳的估计效果。我相信,通过对这些章节的学习,我将能够更有效地处理实际工程中数据不确定性的问题,为控制系统的设计和优化提供更准确的系统信息。
评分这本《自动控制理论及MATLAB实现》给我带来的,不仅仅是知识的启迪,更是实践的指南。我特别看重书中关于“强有力的稳定性分析方法”和“控制器综合设计”的章节。我知道,在控制系统设计中,保证系统的稳定性是首要任务,而鲁棒稳定性更是至关重要。我希望书中能够详细介绍如Nyquist稳定性判据、Bode图法、Nyquist稳定性判据、根轨迹法以及现代控制理论中的Lyapunov稳定性理论等,并且能够展示如何在MATLAB中应用这些方法来分析系统的稳定性,包括在存在参数不确定性和外部干扰时。更重要的是,我期待书中能够提供一些关于如何综合设计高性能控制器的指导,例如PID控制器、超前/滞后补偿器、超前-滞后组合补偿器等。我设想书中会结合MATLAB的图形界面和命令行工具,演示如何根据系统的性能指标(如稳定性、响应速度、超调量等)来选择和调整控制器参数,从而实现最优的控制效果。我相信,通过系统地学习这些内容,我将能够更加自信地设计出满足严格工程要求的控制系统。
评分里面有matlab的应用程序
评分发货速度快,就是包装比较简单。
评分每天催,7天了,我的发票还没有开始邮寄。
评分好
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