自动控制理论（第4版）/普通高等教育“十一五”国家级规划教材 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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夏德钤，翁贻方 著

图书标签:

• 自动控制
• 控制理论
• 电气工程
• 自动化
• 系统工程
• 控制系统
• 高等教育
• 教材
• 规划教材
• 第四版

出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111396970

版次：4

商品编码：12226462

品牌：机工出版

包装：平装

丛书名： 普通高等教育“十一五”国家级规划教材

开本：16开

出版时间：2017-06-01

用纸：胶版纸

页数：436

字数：686000

正文语种：中文

内容简介

　　《自动控制理论（第4版）/普通高等教育“十一五”国家级规划教材》主要介绍分析和设计反馈控制系统的经典理论和应用的方法，全书共九章，内容有自动控制系统的基本概念、线性系统的数学模型、控制系统的时域分析、根轨迹法、控制系统的频域分析、自动控制系统的校正、非线性系统分析、采样控制系统和平稳随机信号作用下线性系统的分析等。
　　《自动控制理论（第4版）/普通高等教育“十一五”国家级规划教材》为高等学校自动化专业的教材，也可作为电气工程及其自动化、检测技术与自动化装置等自动控制类专业教学用书，还可供从事自动控制系统工程的技术人员参考。

作者简介

　　夏德钤，1928年生，教授，长期从事自动控制理论与系统的教学和科研工作。主持研制了我国首台全自动仿形铣床进给伺服系统，获得省、部级科技成果二等奖。曾任中国自动化学会理事、自动化学报编委、电气自动化专业委员会副主任；全国高等学校工业电气自动化专业教学指导委员会副主任，参加了首部中国大百科全书的编著，并任自动控制与系统工程卷编委和自动控制系统分支主编。主要著述有《反馈控制理论》（获全国高等学校教材奖）、《自动控制理论》及有关论文十余篇。

内页插图

目录

第4版前言
第1版前言

第一章 引论
第一节 开环控制和闭环控制
第二节 自动控制系统的类型
第三节 自动控制理论概要
第四节 自动控制系统中的术语和定义
习题

第二章 线性系统的数学模型
第一节 线性系统的输入-输出时间函数描述
第二节 线性系统的输入-输出传递函数描述
第三节 非线性数学模型的线性化
第四节 典型环节的数学模型
第五节 建立数学模型的实验方法简介
第六节 框图及其化简方法
第七节 信号流程图
小结
习题

第三章 线性系统的时域分析
第一节 典型输入信号
第二节 线性定常系统的时域响应
第三节 控制系统时域响应的性能指标
第四节 一阶系统的暂态响应
第五节 二阶系统的暂态响应
第六节 高阶系统的暂态响应
第七节 根据时域响应建立数学模型
第八节 线性系统的稳定性
第九节 劳斯-赫尔维茨稳定判据
第十节 小参量对闭环控制系统性能的影响
第十一节 控制系统的稳态误差
第十二节 给定稳态误差和扰动稳态误差
第十三节 基于MATAB的线性系统时域分析
小结
习题

第四章 线性系统的根轨迹分析
第一节 根轨迹的基本概念
第二节 绘制根轨迹的基本条件和基本规则
第三节 广义根轨迹
第四节 滞后系统的根轨迹
第五节 利用根轨迹分析系统的性能
第六节 基于MATAB的系统根轨迹分析
小结
习题

第五章 线性系统的频域分析
第一节 频率特性
第二节 典型环节的频率特性
第三节 系统开环频率特性的绘制
第四节 奈奎斯特稳定判据和系统的相对稳定性
第五节 系统的频率特性及频域性能指标
第六节 频率特性的实验确定方法
第七节 基于MATAB的系统频域分析
小结
习题

第六章 线性系统的校正
第一节 线性系统校正的概念
第二节 线性系统的基本控制规律
第三节 常用校正装置及其特性
第四节 校正装置设计的方法和依据
第五节 串联校正的设计
第六节 反馈校正的设计
第七节 反馈和前馈复合控制
第八节 MATAB在线性系统校正中的应用
小结
习题

第七章 非线性系统的分析
第一节 非线性系统的基本概念
第二节 二阶线性和非线性系统的相平面分析
第三节 非线性系统的相平面分析
第四节 非线性特性的一种线性近似表示——描述函数
第五节 典型非线性特性的描述函数
第六节 分析非线性系统的谐波平衡法
第七节 非线性环节的串、并联及系统的变换
第八节 用对数幅相频率特性分析非线性系统
第九节 利用非线性特性改善线性系统的性能
第十节 基于MATAB的非线性系统分析
小结
习题

第八章 采样控制系统
第一节 采样过程及采样定理
第二节 保持器
第三节 差分方程
第四节 z变换
第五节 脉冲传递函数
第六节 线性采样系统的稳定性分析
第七节 采样系统的稳态误差分析
第八节 采样系统的暂态响应与脉冲传递函数极点、零点分布的关系
第九节 采样控制系统的校正
第十节 基于MATAB的采样控制系统分析
小结
习题

第九章 平稳随机信号作用下线性系统的分析
第一节 随机信号及其作用下线性系统的性能指标
第二节 平稳随机过程的相关函数
第三节 平稳随机过程的谱密度
第四节 平稳随机信号作用下线性系统的均方误差
第五节 线性系统的等效噪声带宽
第六节 用MATAB进行平稳随机信号作用下线性系统的仿真
小结
习题

附录
附录A 赫尔维茨稳定判据的证明
附录B 时间函数的频谱特性
附录C 采样函数的拉普拉斯变换
附录D MATAB控制系统工具箱功能简介

英中文控制理论词汇对照表
参考文献

前言/序言

　　《自动控制理论》教材第1版撰写于1989年，并于2003年修订、编写了第2版，2007年出版了第3版（普通高等教育“十一五”国家级规划教材）。本教材自出版以来受到许多高等院校的重视并被采用。现在作者根据我国社会、经济、科学技术发展对自动化类专业人才培养的新要求，及长期教学实践的总结，同时考虑教育、教学理念、手段的进步和用户的意见、建议，对第3版作了修订，形成了第4版。
　　第4版仍然遵循本教材第1版前言中所明确的编写指导思想及原则，保持了原书的体系和特点，力求突出理论与工程实践的结合。与第3版相比，主要修订之处有：
　　1.重新撰写了第三章至第八章中关于MATLAB应用一节的内容。在这些小节中，不只限于介绍MATLAB控制系统工具箱的使用方法，而是有目的地运用这一有力工具，将相关章节的重要概念、理论方法，以可视化的形式展示出来。例如，分析多环控制系统（例6-5-4）校正的模型简化问题、抑制扰动的能力；又如分析电动机调速系统（例6-6-1）反馈校正过程中的模型简化条件等。
　　第二章不专门设MATLAB模型建立、变换、简化的内容，主要是考虑到在学习自动控制理论的开始阶段需多进行自主演算训练。但是，MATLAB的这部分功能在有关章节中仍有应用。
　　2.鉴于目前MATLAB已相当普及，参考书众多，本教材对第3版中专门介绍MATLAB的原附录D做了精简，仅围绕本教材经常使用的部分MATLAB控制系统工具箱功能，给出便捷的查询表。更多细节则可在运行MATLAB后通过help命令获得。
　　3.对全书的排版进行了一些调整，并为有些内容加了小标题，使重点更为醒目，层次更清楚。
　　4.对各章的习题做了一定的修改和补充，使之更加全面。还增加了一些有利于深入思考和综合训练的习题，力求与对应章节的教学内容配合更为紧密。
　　最后，衷心希望读者对本教材提出进一步的指正和意见，以便不断修正和完善。

《机械设计基础》（第4版） 内容简介 本书是面向机械类专业本科生和研究生精心编写的一本教材，旨在系统、全面地介绍机械设计的基本原理、方法和技术。自出版以来，本书因其严谨的理论体系、丰富的工程实例和清晰的逻辑结构，深受广大师生好评，并多次修订，不断更新内容，以适应机械工程领域日新月异的发展。本版在继承前几版优良传统的基础上，进一步充实了内容，更新了技术信息，并更加注重工程实践的应用。 第一章 绪论 本章首先阐述了机械在国民经济中的地位和作用，以及机械设计的任务和基本内容。随后，系统介绍了机械设计的方法论，包括经验设计法、优化设计法和计算机辅助设计（CAD）等。特别地，强调了创新设计在现代机械工程中的重要性，并引导读者理解机械设计是一个集科学、技术、艺术于一体的创造性过程。本章还对机械设计的发展趋势进行了展望，如智能化、绿色化、微型化等，为读者建立起宏观的学科认知。 第二章 机械零件的常用材料 机械零件的性能和可靠性很大程度上取决于所选用的材料。本章详细介绍了工程材料的分类，重点讲解了黑色金属（钢和铸铁）的成分、组织、性能及其在机械设计中的应用。同时，也涵盖了有色金属及其合金（如铝合金、铜合金等）的特性和适用范围。此外，本章还介绍了非金属材料（如塑料、橡胶、陶瓷等）在特定机械设计中的应用，以及复合材料的优势。在材料的选择上，本章强调了经济性、工艺性和环保性等因素的综合考虑，为读者提供选择材料的科学依据。 第三章 强度理论和材料的强度计算 强度是机械零件最基本的要求之一。本章系统阐述了材料的力学性能，包括弹性、塑性、强度、刚度、疲劳和韧性等。在此基础上，详细介绍了几种主要的强度理论，如最大拉应力理论、最大剪应力理论、体积应变能密度理论（Von Mises屈服准则）和最大伸长屈服准则（Tresca屈服准则），并分析了它们各自的适用范围。本章的重点在于材料在各种应力状态下的强度计算方法，包括拉伸、压缩、剪切、弯曲和扭转等基本应力状态下的应力分析与许用应力确定。同时，也讲解了组合变形下的强度计算，为零件的设计提供定量的依据。 第四章 机械零件的疲劳强度计算 机械零件在承受周期性或冲击性载荷时，往往会发生疲劳破坏，即使应力低于材料的屈服极限。本章深入探讨了疲劳破坏的机理，分析了影响零件疲劳寿命的各种因素，如应力集中、表面粗糙度、表面处理、工作载荷特性等。在此基础上，本章详细介绍了疲劳强度计算的基本方法，包括应力法和寿命法，并讲解了不同类型载荷（如变幅载荷、恒幅载荷）下的疲劳强度计算。本章还强调了提高零件疲劳强度的设计措施，如优化零件形状、改进表面处理工艺等。 第五章 轴 轴是机械传动中传递扭矩和承受弯矩的关键零件。本章首先介绍了轴的分类、功用和基本结构。随后，重点讲解了轴的强度计算，包括扭转强度计算、弯曲强度计算和组合强度计算。在设计过程中，还必须考虑轴的刚度校核，以保证传动精度。本章详细阐述了轴的刚度计算方法，并讲解了如何根据强度和刚度要求进行轴的尺寸设计。此外，本章还介绍了轴的材料选择、热处理、加工工艺以及轴的常见失效形式和防止措施。 第六章 轴承 轴承是用于支撑旋转轴或往复运动件，并减小其间摩擦的机械零件。本章介绍了轴承的分类，重点讲解了滚动轴承的结构、工作原理、载荷能力和寿命计算。详细分析了滚动轴承的主要类型，如球轴承、滚子轴承，以及深沟球轴承、调心球轴承、圆柱滚子轴承、调心滚子轴承等，并讨论了它们在不同工况下的适用性。本章还讲解了滑动轴承的基本原理、结构和润滑方式，以及轴承的安装、维护和失效分析。 第七章 联轴器和离合器 联轴器用于连接主动轴和从动轴，实现动力传递，通常是永久性连接。离合器则用于连接或断开动力传递，实现起步、变速和制动。本章首先介绍了联轴器的分类、功用和选择原则，重点讲解了刚性联轴器、弹性联轴器和万向联轴器的结构特点和设计计算。随后，详细介绍了离合器的分类、功用和基本工作原理，重点讲解了摩擦式离合器（如盘式离合器）和液力偶合器的设计与应用。本章还讨论了联轴器和离合器的失效原因及失效防止措施。 第八章 齿轮和齿轮传动 齿轮传动是机械中最广泛应用的一种传动方式。本章首先介绍了齿轮的种类、功用和基本术语，包括齿形、模数、压力角等。随后，详细讲解了齿轮传动的基本原理，包括传动比、中心距等。本章的重点在于齿轮的强度计算，包括齿根弯曲疲劳强度计算和齿面接触疲劳强度计算，并介绍了齿轮的失效形式（如齿面磨损、齿根折断）和提高齿轮承载能力的设计方法。此外，本章还介绍了齿轮材料、热处理和制造工艺，以及其他类型的齿轮传动，如蜗轮蜗杆传动、行星齿轮传动等。 第九章 蜗轮蜗杆传动 蜗轮蜗杆传动是一种能够实现大传动比、广泛应用于起重、包装等机械设备中的传动形式。本章详细介绍了蜗轮蜗杆的结构、功用和基本参数。重点讲解了蜗轮蜗杆传动的基本原理，包括传动比、效率等。在此基础上，深入分析了蜗轮蜗杆传动的强度计算，包括齿面接触强度计算和齿根弯曲强度计算，并讨论了蜗轮蜗杆传动的失效形式（如胶合、磨损）和提高效率及承载能力的设计对策。本章还介绍了蜗轮蜗杆材料的选择、润滑和维护。 第十章 滚动轴承的选用和安装 本章在前一章的基础上，进一步聚焦于滚动轴承在实际工程中的应用。详细介绍了滚动轴承的选用原则，包括根据载荷、转速、精度要求、工作环境和经济性等因素进行选择。本章给出了滚动轴承的型号、尺寸系列和基本代号的查询方法，并重点讲解了轴承的寿命计算，包括基本额定寿命和当量动载荷的计算。此外，本章还详细阐述了滚动轴承的安装方法，包括压入法、加热法和冷缩法，以及轴承的润滑、维护和常见故障的诊断与排除。 第十一章 螺纹联接 螺纹联接是机械中最常见、最基本的连接方式之一。本章首先介绍了螺纹的基本知识，包括螺纹种类、规格、精度和标记方法。随后，重点讲解了螺纹联接的强度计算，包括螺栓的拉伸强度计算、剪切强度计算以及螺纹的剪切强度计算。本章还详细分析了螺纹联接的失效形式，如螺栓拉断、螺纹滑扣等，并介绍了防止螺纹松动的各种措施，如使用开口销、弹簧垫圈等。此外，本章还讨论了螺纹联接的设计要点和常见螺纹联接件的选用。 第十二章 键和花键联接 键和花键是用来连接轴与轮毂的非螺旋类紧密配合联接件。本章首先介绍了键的种类、功用和结构特点，重点讲解了普通平键、半圆键、斜键和花键等。随后，详细阐述了键联接的强度计算，包括键的剪切强度计算和挤压强度计算，以及花键联接的强度计算。本章还讨论了键和花键联接的失效形式和设计注意事项，以及在实际工程中的应用实例。 第十三章 弹簧 弹簧是能够储存和释放能量的弹性元件，在机械中应用广泛。本章介绍了弹簧的种类、功用和基本结构，重点讲解了螺旋压缩弹簧、螺旋拉伸弹簧、扭转弹簧和板弹簧等。随后，详细阐述了弹簧的强度计算，包括弹簧丝的应力计算和弹簧的刚度计算。本章还讨论了弹簧的设计要点，如弹簧的疲劳寿命、材料选择和制造工艺等，并介绍了弹簧的失效形式和防止措施。 第十四章 润滑与密封 润滑和密封是保证机械设备正常运转、延长使用寿命的关键技术。本章首先介绍了润滑的基本原理，包括润滑的作用、润滑剂的种类和性能。详细讲解了润滑方式，如油浴润滑、飞溅润滑、压入润滑等，以及润滑系统的设计。随后，本章介绍了密封的基本原理，包括密封的作用、泄漏的类型和影响因素。重点讲解了各种密封元件的结构、工作原理和选用原则，如油封、O形圈、填料密封等，并讨论了密封件的失效形式和维护要点。 第十五章 机械的可靠性设计 可靠性是机械产品质量的重要指标，直接关系到设备的安全运行和经济效益。本章介绍了可靠性设计的概念和基本原理，包括失效模式与影响分析（FMEA）、故障树分析（FTA）等。详细阐述了可靠性指标，如失效率、平均无故障时间（MTTF）、平均故障间隔时间（MTBF）等。本章还介绍了提高机械可靠性的设计方法，如冗余设计、容错设计、加强件设计等，并讲解了可靠性数据的收集、分析和应用。 第十六章 机械设计中的计算机辅助技术 随着计算机技术的发展，CAD/CAE/CAM等技术已广泛应用于机械设计领域。本章介绍了机械设计中的计算机辅助技术，包括计算机辅助设计（CAD）在零件建模、装配设计、工程图绘制等方面的应用；计算机辅助工程（CAE）在应力分析、结构优化、运动仿真等方面的应用；以及计算机辅助制造（CAM）在数控编程、工艺规划等方面的应用。本章旨在引导读者了解和掌握这些先进的设计工具，提高设计效率和设计质量。 总结 本书通过以上各章节的系统讲解，力求使读者掌握机械设计的基本理论、分析方法和设计手段，具备解决实际工程问题的能力。本书内容丰富，结构清晰，语言精练，配有大量图表和算例，适合作为高等院校机械类专业的教材，也可供从事机械设计、制造和研究的工程技术人员参考。通过学习本书，读者将能够更好地理解机械的工作原理，掌握机械零件和机构的设计方法，并能够进行科学合理的机械系统设计。

评分☆☆☆☆☆

从一个初学者的角度来看，这本书确实是一部“硬核”的教材。它不会迎合读者，而是直接呈现自动控制理论的核心内容。我最欣赏的是书中对不同控制系统性能指标的清晰定义和分析方法，比如超调量、调节时间、幅值裕度和相位裕度等。这些指标是评价一个控制系统好坏的关键，书中对它们的讲解非常透彻。我也注意到了书中对一些基本概念的反复强调，比如系统模型、反馈原理等，这表明了作者希望读者能够真正理解这些基础的重要性。虽然我还没有机会将书中的理论应用到实际的工程项目中，但我可以通过仿真软件来验证一些控制算法的效果。这本书为我提供了一个理论框架，让我知道在实际操作中，需要关注哪些问题，以及如何去解决它们。它更像是一份“说明书”，详细地解释了自动控制这台“机器”是如何工作的，以及如何对其进行调试和优化。

评分☆☆☆☆☆

我尝试用一种更“实践”的视角来看待这本书，尽管它以理论为主。书中关于模型辨识和参数估计的部分，让我对如何从实际数据中提取系统模型有了初步的认识。这对于理解工业自动化中许多实际问题非常有帮助，比如一个工厂的生产线，我们需要知道它的动态特性才能进行有效的控制。另外，书中关于控制器设计的部分，特别是对于一些经典控制器（如PI、PID）的详细阐述，让我明白为什么这些控制器在工业界被广泛应用，以及它们各自的优缺点。虽然书中没有直接给出具体的编程代码，但它所提供的理论基础，足以让我去探索和实现相应的控制算法。我尤其对书中提及的“模型预测控制”（MPC）和“自适应控制”等先进控制策略感到好奇，它们展现了自动控制理论在应对复杂系统和不确定性方面的强大能力。虽然我暂时无法完全掌握这些高级技术，但这本书无疑为我打开了一扇通往更广阔领域的大门。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计相当朴实，没有花哨的插图，就是一本厚厚的、沉甸甸的书。拿到手里的时候，我感觉它分量十足，这通常意味着内容扎实。打开第一页，迎面而来的是密密麻麻的公式和符号，确实是“理论”二字的名副其实。我并非科班出身，对自动控制理论接触不多，但出于工作需要，我决定攻克一下这本书。最开始，我有点被书中的数学模型和分析方法吓到，像拉普拉斯变换、传递函数、状态空间等概念，对我来说就像是陌生的语言。但随着我耐心地跟着书中的例子一步步推导，尤其是那些图文并茂的章节，我开始慢慢体会到其中的逻辑和美妙。它不是那种可以随意翻阅的小说，需要静下心来，一点一点地消化。有时候，我会对着一个公式琢磨半天，或者反复看一个图示，试图理解其背后的物理意义。书中对不同类型控制系统的介绍，比如PID控制、模糊控制等，都非常系统，从基本原理到设计方法，再到实际应用，都给出了详细的讲解。虽然有些地方的推导过程稍微有些跳跃，但总体而言，它提供了一个非常完整的知识体系。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的第一印象是“严谨”。它的排版很工整，理论推导一丝不苟，很少有含糊其辞的地方。作为一本“国家级规划教材”，它的确展现出了应有的学术水准。我特别喜欢书中关于系统稳定性和鲁棒性的章节，这些内容对于理解控制系统的可靠性和适应性至关重要。作者并没有止步于理论的介绍，而是结合了一些工程上的实例，比如电机伺服系统、飞行器姿态控制等，这让我能够将抽象的理论与实际应用联系起来。我记得有一个章节详细讲解了根轨迹法，通过绘制根轨迹图，可以直观地看到系统参数变化对稳定性的影响，这个方法非常实用。书中还介绍了频率响应分析，比如奈奎斯特图和伯德图，这些图示工具在系统分析和设计中有着不可替代的作用。虽然我不能完全深入理解所有推导的细节，但书中提供的清晰的逻辑脉络和丰富的图表，极大地帮助我构建了自动控制理论的整体框架。它更像是一部百科全书，虽然我不可能一次性读懂所有内容，但它为我提供了一个学习和研究的坚实基础。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，这本书的阅读过程充满了挑战，但同时也带来了巨大的成就感。每当我成功理解一个复杂的概念，或者推导出一个关键的公式时，都会感到一种满足。书中大量的例题和习题，虽然有些难度，但却是巩固知识、加深理解的绝佳途径。我发现，很多时候，解决习题比仅仅阅读文字更能帮助我掌握书中的精髓。书中的一些章节，例如关于非线性系统的分析，涉及到了更深层次的数学工具，这对我来说是一个不小的挑战。然而，作者在讲解这些复杂内容时，努力做到循序渐进，尽量降低理解的门槛。虽然我可能无法在短时间内完全吸收所有内容，但我相信，随着我经验的积累和知识的深入，这本书将成为我反复查阅和学习的宝贵资源。它提供的系统性知识，让我能够站在更高的角度去审视自动控制这个领域，并为我未来的学习和工作打下坚实的基础。