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满红 著

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• 清华大学出版社
• 满红
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出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302270485

商品编码：29402916399

包装：平装

出版时间：2011-11-01

基本信息

书名：自动控制原理

定价：29.80元

作者：满红

出版社：清华大学出版社

出版日期：2011-11-01

ISBN：9787302270485

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.359kg

编辑推荐

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内容提要

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　　本书从实际应用的角度出发，介绍了经典控制理论和现代控制理论的基本概念、分析方法及应用。书中包括了控制系统的数学模型、时域分析法、根轨迹分析法、频率特性法、离散系统分析、非线性系统分析和自动控制理论综合等内容，强调的是物理概念和实际应用。
　　本书力求突出物理概念，尽量减少烦琐的数学推导，叙述深入浅出，通俗易懂，以大量例题形式介绍各种方法的实现过程，并结合当前报考研究生的需求，总结各类题型，从而达到抛砖引玉的效果。
　　本书力图以简明、实用为特色，以满足工程需要为宗旨。
　　本书可作为应用型本科自动化、机电一体化及相关专业的教学用书，也可作为报考研究生的参考教材，还可作为各类职业技术学院、专科学校、成人高校等相关专业的教材。

目录

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上篇　
　章　自动控制的一般概念　
　　1.1　自动控制的基本概念与方式　
　　　1.1.1　自动控制的基本概念　
　　　1.1.2　自动控制系统的基本控制方式　
　　1.2　自动控制系统的分类　
　　1.3　对控制系统性能的基本要求及评价　
　　　1.3.1　对控制系统的基本要求　
　　　1.3.2　对控制系统性能的评价　
　　本章小结　
　　习题　
　第2章　控制系统的数学模型　
　　2.1　线性定常系统微分方程的建立及求解　
　　　2.1.1　线性定常系统微分方程的建立　
　　　2.1.2　线性定常系统微分方程的求解　
　　2.2　线性定常系统的传递函数　
　　　2.2.1　传递函数的基本概念　
　　　2.2.2　传递函数的求解方法　
　　　2.2.3　传递函数的性质　
　　2.3　控制系统的结构图及其等效变换　
　　　2.3.1　结构图的组成和绘制　
　　　2.3.2　结构图的等效变换及化简　
　　　2.3.3　控制系统各类传递函数的确定方法　
　　2.4　控制系统的信号流图　
　　　2.4.1　信号流图的基本概念　
　　　2.4.2　信号流图的绘制　
　　　2.4.3　梅森增益公式及其应用　
　　本章小结　
　　习题　
　第3章　线性系统的时域分析法　
　　3.1　一阶系统的时域分析　
　　　3.1.1　一阶系统描述　
　　　3.1.2　其他典型输入信号的一阶系统输出响应　
　　3.2　二阶系统的时域分析　
　　　3.2.1　二阶系统描述　
　　　3.2.2　阶阻尼系统的性能指标计算　
　　3.3　控制系统的稳定性分析　
　　　3.3.1　稳定的基本概念　
　　　3.3.2　劳斯稳定判据　
　　3.4　控制系统的稳态误差分析　
　　　3.4.1　误差与稳态误差的关系　
　　　3.4.2　控制系统类型　
　　3.4.3　给定信号作用下的稳态误差　
　　本章小结　
　　习题　
　第4章　线性系统的根轨迹法　
　　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　根轨迹绘制的基本法则　
　　　4.2.1　绘制根轨迹的基本法则　
　　　4.2.2　闭环系统零点、极点与时间响应性能的关系　
　　本章小结　
　　习题　
　第5章　线性系统的频率特性法　
　　5.1　频率特性的概述　
　　　5.1.1　频率特性的基本概念　
　　　5.1.2　开环传递函数典型环节的分解　
　　　5.1.3　系统典型环节与开环频率特性的对应关系　
　　5.2　典型环节及系统开环频率特性的绘制　
　　　5.2.1　典型环节的极坐标图　
　　　5.2.2　系统开环级坐标图的绘制　
　　　5.2.3　典型环节的对数坐标图　
　　　5.2.4　系统开环对数坐标图的绘制　
　　5.3　频率域线性系统的稳定性分析　
　　　5.3.1　奈氏判据中的相关概念　
　　　5.3.2　奈奎斯特稳定判据的简化描述　
　　　5.3.3　奈奎斯特稳定判据在频率特性曲线上的应用　
　　5.4　频率域线性系统的相对稳定性分析　
　　　5.4.1　幅值穿越频率和相位裕量　
　　　5.4.2　相位穿越频率和幅值裕量　
　　　5.4.3　开环对数幅频特性曲线与系统性能之间的关系　
　　本章小结　
　　习题　
　第6章　线性离散系统的分析　
　　6.1　线性离散系统的概述　
　　　6.1.1　线性离散系统的基本结构　
　　　6.1.2　线性离散系统的相关概念　
　　6.2　z变换理论　
　　　6.2.1　z变换的描述　
　　　6.2.2　z变换的求解方法　
　　　6.2.3　z反变换　
　　　6.2.4　z变换在求解差分方程中的应用　
　　6.3　离散系统的数学模型　
　　　6.3.1　脉冲传递函数的定义　
　　　6.3.2　脉冲传递函数的求解　
　　　6.3.3　开环系统的脉冲传递函数　
　　　6.3.4　闭环系统的脉冲传递函数　
　　　6.3.5　脉冲传递函数与差分方程的相互转换　
　　6.4　离散系统的动态性能分析　
　　6.5　离散系统的稳定性分析　
　　　6.5.1　z域内离散系统稳定的充分必要条件　
　　　6.5.2　离散系统的劳斯稳定判据　
　　6.6　离散系统的稳态误差分析　
　　　6.6.1　单位阶跃信号输入时系统的稳态误差　
　　　6.6.2　单位斜坡信号输入时系统的稳态误差　
　　　6.6.3　单位加速度信号输入时系统的稳态误差　
　　本章小结　
　　习题　
　第7章　非线性系统分析　
　　7.1　非线性系统的基本概念　
　　　7.1.1　非线性系统的数学描述　
　　　7.1.2　非线性特性的分类　
　　　7.1.3　非线性系统的特点　
　　7.2　非线性系统的描述函数分析法　
　　　7.2.1　描述函数的基本概念　
　　　7.2.2　求解非线性特性的描述函数　
　　　7.2.3　用描述函数法分析非线性系统的稳定性　
　　7.3　非线性系统的相平面分析法　
　　　7.3.1　相平面的基本概念　
　　　7.3.2　绘制相轨迹　
　　　7.3.3　用相平面法分析非线性系统　
　　本章小结　
　　习题　
　第8章　线性系统的状态空间分析与综合　
　　8.1　线性系统的状态空间描述　
　　　8.1.1　线性系统状态空间描述的基本概念　
　　　8.1.2　线性定常系统状态空间表达式的建立方法　
　　　8.1.3　线性定常系统状态方程的解　
　　　8.1.4　状态空间表达式与系统传递函数矩阵的关系　
　　8.2　线性系统的可控性与可观性　
　　　8.2.1　可控性与可观测性的基本概念　
　　　8.2.2　线性定常系统可控性和可观性的判断方法　
　　8.3　线性定常系统的线性变换　
　　　8.3.1　线性定常系统状态空间表达式的线性变换　
　　　8.3.2　线性定常系统结构分解　
　　8.4　线性定常系统的反馈结构及状态观测器　
　　　8.4.1　线性定常系统的反馈结构及其对系统特性的影响　
　　　8.4.2　线性定常系统的极点配置　
　　　8.4.3　全维状态观测器及其设计　
　　8.5　李雅普诺夫稳定性分析　
　　　8.5.1　基本概念　
　　　8.5.2　线性定常系统的李雅普诺夫稳定性分析　
　　本章小结　
　　习题　
下篇　
　第9章　自动控制理论的综合　
　　9.1　线性系统数学模型的建立方法　
　　　9.1.1　原理描述　
　　　9.1.2　举例说明数学模型的建立及求解方法　
　　9.2　线性系统时域分析法的应用　
　　　9.2.1　由系统结构图或响应曲线确定传递函数或系统中的参数　
　　　9.2.2　确定系统的传递函数并分析稳定性和稳态误差等情况　
　　　9.2.3　由开环传递函数确定主导极点与闭环系统动态特性的关系　
　　　9.2.4　由状态反馈矩阵求解与时间t＝0有关的系数矩阵a　
　　9.3　线性系统根轨迹法的应用　
　　9.4　线性系统频率特性法的应用　
　　　9.4.1　线性系统频率特性法描述　
　　　9.4.2　线性系统频率特性与传递函数的关系-　
　　9.5　线性离散控制系统的设计及应用　
　　9.6　非线性系统的设计及应用　
　　　9.6.1　用描述函数法分析非线性系统　
　　　9.6.2　用相平面法分析非线性系统　
　　　9.6.3　非线性系统性能分析　
　　9.7　状态空间法设计及应用　
　　　9.7.1　确定状态空间表达式的相关问题　
　　　9.7.2　给定状态空间表达式或传递函数确定相关问题　
　　　9.7.3　设计状态反馈及状态反馈矩阵k　
　　　9.7.4　已知状态空间表达式设计全维状态观测器　
　　　9.7.5　线性离散系统的状态空间表达式求解及稳定性分析　
　　9.8　控制系统的综合校正与设计　
　　　9.8.1　基础知识介绍　
　　　9.8.2　由已知条件对系统进行校正实现　
附录a　
参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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《自动控制原理》（满红，清华大学出版社）图书简介 内容概要： 《自动控制原理》（满红，清华大学出版社）是一部深入浅出、系统详实的经典著作，旨在为读者构建扎实的自动控制理论基础，并掌握分析和设计现代控制系统的核心方法。本书以其严谨的逻辑、清晰的论述和丰富的实例，成为众多高校自动化、电气工程、机械工程、航空航航天等相关专业师生的首选教材，也是广大工程技术人员和科研工作者进行理论学习和实践应用的宝贵参考。 本书的精髓在于，它不仅仅停留在理论的罗列，而是将抽象的数学模型与真实的工程应用紧密结合，帮助读者理解控制系统是如何被设计、分析、优化和实现的。全书内容循序渐进，从最基础的概念出发，逐步深入到复杂的系统分析与设计技术，确保不同背景的读者都能有效地掌握核心知识。 核心内容亮点： 第一部分：自动控制系统的基本概念与数学模型 在自动控制的世界里，我们首先需要建立一个清晰的认识框架。本书从自动控制的定义、基本组成、分类入手，为读者勾勒出自动控制系统的全貌。我们将探讨开环控制与闭环控制的本质区别，理解反馈在提高系统性能、抑制扰动方面的关键作用。 紧接着，本书将着重介绍如何将实际的物理系统转化为数学语言——建立数学模型。这包括对不同类型系统的建模方法，如微分方程模型、传递函数模型以及零状态响应和零输入响应的概念。对于动态系统的描述，拉普拉斯变换被视为一种强大的数学工具，本书将详细讲解其在系统分析中的应用，如何通过它将时域的微分方程转化为频域的代数方程，极大地简化了系统的分析过程。 第二部分：线性定常系统的时域分析 在建立了系统的数学模型之后，我们需要深入了解系统在不同输入信号下的动态行为。本书将引导读者进行详细的时域分析。我们将探讨瞬态响应，即系统在阶跃输入、斜坡输入等典型激励下的响应特性，并引入诸如超调量、峰值时间、调节时间等关键性能指标，理解它们与系统参数之间的关系。 稳定性是自动控制系统最重要的考量因素之一。本书将深入讲解系统的稳定性概念，并介绍如何运用代数稳定判据，如劳斯-霍尔维茨判据，来判断系统的稳定性。线性定常系统的时域分析为我们理解系统的动态特性提供了基础，也为后续的频域分析打下了坚实的基础。 第三部分：线性定常系统的根轨迹法 根轨迹法是一种直观且强大的分析工具，它能够清晰地展现系统参数变化对系统极点位置的影响，进而揭示系统性能的变化。本书将系统地介绍根轨迹的绘制规则，包括如何确定根轨迹的起点、终点、渐近线、实轴虚轴的交叉点等关键要素。通过根轨迹图，读者可以直观地看到，当增益等系统参数发生变化时，闭环系统的极点如何在s平面上移动，从而预测系统性能的变化趋势，如稳定裕度、响应速度等。 根轨迹法的学习，不仅能帮助我们分析现有系统的性能，更能指导我们如何通过调整参数来优化系统设计，使其达到预期的性能指标。 第四部分：线性定常系统的频域分析 频域分析是自动控制领域另一核心的分析方法。本书将重点介绍频率响应的概念，即系统对不同频率正弦输入信号的响应特性。我们将详细讲解如何绘制伯德图（Bode Plot），包括幅频特性曲线和相频特性曲线。伯德图提供了一种直观的方式来分析系统的幅度和相位的频率特性，从而评估系统的稳定性、带宽、噪声抑制能力等。 此外，奈奎斯特图（Nyquist Plot）作为另一种重要的频域分析工具，也将得到深入的讲解。奈奎斯特图通过绘制开环传递函数在复平面的轨迹，结合奈奎斯特稳定判据，能够有效地判断闭环系统的稳定性，并且能够直接给出稳定裕度（增益裕度和相位裕度），为系统设计提供了重要的依据。本书还将介绍幅相频率特性曲线（Nichols Chart），它结合了幅频和相频的信息，为系统设计和校正提供了更全面的视角。 第五部分：线性定常系统的校正 理论分析的最终目的是为了更好地设计和改进控制系统。本书将重点探讨如何通过引入校正装置来改善系统的性能。我们将深入分析比例（P）、积分（I）、微分（D）控制器以及它们的组合（PI, PD, PID）的工作原理和对系统性能的影响。读者将学习到如何根据系统的时域或频域分析结果，选择合适的控制器类型和参数，以达到提高系统的稳定性、减小稳态误差、改善瞬态响应等目标。 除了PID控制器，本书还将介绍超前校正、滞后校正和超前滞后联合校正等几种常用的补偿策略。这些校正方法能够有效地调整系统的频率特性，弥补原系统存在的不足，从而使系统满足更苛刻的设计要求。 第六部分：状态空间方法 随着现代控制理论的发展，状态空间方法已经成为分析和设计复杂控制系统的重要工具。本书将引入状态向量、状态方程和输出方程的概念，为读者构建系统的状态空间描述。与传递函数方法相比，状态空间方法能够更全面地描述系统的内部动态，特别适用于多输入多输出（MIMO）系统以及非线性系统的分析。 本书将详细讲解如何从零状态响应和零输入响应出发，推导系统的状态方程，以及如何利用线性代数的方法求解线性定常系统的状态方程，获得系统的瞬态响应。此外，本书还将介绍可控性与可观测性的概念，这是设计状态反馈控制器和状态观测器的基础。 第七部分：现代控制理论基础 在状态空间方法的基础上，本书将进一步介绍现代控制理论的核心内容。我们将深入讲解状态反馈控制的设计方法，包括极点配置（Pole Placement），即如何通过设计状态反馈增益矩阵，将闭环系统的所有极点配置到期望的位置，从而实现任意的系统性能。 同时，本书也将介绍状态观测器的设计，用于估计系统中不可测量状态量的原理和方法，这在实际工程中尤为重要。线性二次调节器（LQR）作为一种最优控制方法，也将得到介绍，它能够根据给定的性能指标（二次型性能指标），设计出最优的反馈控制器。 本书的特色与价值： 逻辑严谨，体系完整： 从基础概念到高级理论，内容组织有序，环环相扣，构建了一个完整的自动控制知识体系。 理论与实践相结合： 大量结合工程实例，将抽象的理论知识转化为实际可操作的设计思路和方法。 数学工具的深入应用： 充分运用拉普拉斯变换、傅里叶变换、线性代数等数学工具，帮助读者掌握分析和解决问题的关键。 清晰易懂的阐释： 采用清晰流畅的语言，避免晦涩的专业术语，使得读者更容易理解复杂的概念。 丰富的习题与例题： 每章都配有精心设计的习题，并包含大量的例题解析，帮助读者巩固所学知识，提升解题能力。 读者对象： 本书适合于高等院校自动化、电气工程、机械工程、航空航天、电子信息、控制科学与工程等相关专业的本科生和研究生作为教材或参考书。同时，也适用于从事自动控制系统设计、开发、调试和研究的广大工程技术人员、科研工作者以及对自动控制技术感兴趣的读者。 通过学习《自动控制原理》，您将能够深刻理解现代工程系统背后的控制逻辑，掌握分析和设计高性能控制系统的核心技能，为解决复杂的工程问题打下坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

我是一名在职工程师，工作多年，但感觉自己在基础理论方面有些欠缺，尤其是在处理一些复杂系统的动态响应和稳定性问题时，常常感到力不从心。听同行推荐了这本《自动控制原理》，抱着学习的态度买回来翻阅，结果大失所望，非常庆幸当时没有错过。这本书的理论深度和广度都恰到好处，既有扎实的理论基础，又不乏对前沿技术的探讨。我尤其欣赏书中关于根轨迹和奈奎斯特判据的讲解，详细的推导过程辅以清晰的图形，让我对系统的稳定性裕度和性能有了更深入的理解。更让我惊喜的是，书中还提供了许多实际工程案例的分析，例如航空航天领域的姿态控制，以及电力系统的负荷频率控制等，这些案例让我能够将学到的理论知识与实际工作相结合，受益匪浅。这本书不仅仅是一本教材，更像是一本工程师的“工具箱”，为我解决实际工程问题提供了强大的理论支撑和方法指导。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我之前对自动控制原理这门课一直都持有一种“敬而远之”的态度。总觉得它充斥着各种高深莫测的数学模型和令人头疼的微分方程，学习起来非常吃力。但自从偶然间看到了这本《自动控制原理》，我的想法就彻底颠覆了。这本书的作者，满红老师，简直是一位语言大师！她能够将那些听起来就让人望而生畏的控制理论，用一种极其清晰、逻辑性强的方式讲解出来，让我感觉自己好像回到了高中时代，听着老师在黑板前绘声绘色地讲授。最让我印象深刻的是，书中对传递函数和零极点分析的讲解，不仅仅是理论的阐述，还结合了大量的图示，让我能够直观地看到系统在不同零极点配置下的响应特性。而且，这本书的案例分析非常贴合实际应用，从工业生产中的机器人控制，到日常生活中常见的自动驾驶系统，都做了详细的剖析，让我深刻体会到自动控制原理在现代科技中的重要性。这本书的学习过程，与其说是“学习”，不如说更像是一次精彩的“探索之旅”。

评分☆☆☆☆☆

作为一个在读的本科生，面对《自动控制原理》这样一本厚重且理论性极强的教材，我之前一直感到压力很大，总觉得很多概念晦涩难懂，难以消化。然而，当我拿到这本满红老师的《自动控制原理》后，我的看法完全改变了。这本书的文字表达非常生动有趣，仿佛是在和一位经验丰富的老师在进行一对一的交流。老师善于用类比和生活化的例子来解释抽象的理论，比如在讲解稳定性时，就用了“走钢丝”的比喻，让我瞬间抓住了核心要点。更重要的是，书中大量的插图和图表，将复杂的系统模型和控制器的原理图生动地呈现在我眼前，让我不再是枯燥地记忆公式，而是真正地理解它们背后的物理意义。我还特别喜欢书中给出的各种练习题，题型多样，难度也循序渐进，我可以通过做题来检验自己的学习成果，并及时发现和弥补知识的盲点。这本书让我对自动控制这门学科产生了浓厚的兴趣，觉得它不再是遥不可及的理论，而是能够解决实际问题的强大工具。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直是我的救星！最近在忙一个和自动化相关的项目，摸索了很久都不得要领，尤其是在系统辨识和参数整定方面，总是抓不住核心。朋友推荐了《自动控制原理》，我抱着试试看的心态翻开，没想到立刻就被深深吸引了。这本书的讲解方式非常系统，从最基础的概念入手，层层递进，深入浅出。我尤其喜欢它在讲解PID控制的部分，不仅仅给出了公式，还结合了大量的图示和实际案例，让我能直观地理解比例、积分、微分的作用以及它们如何共同影响系统的响应。书中大量的仿真示例代码，我可以直接拿来运行，然后根据参数的微小变化观察系统的动态响应，这种“玩中学”的方式让我事半功倍。更让我惊喜的是，它还涉及了一些现代控制理论的内容，比如状态空间法，虽然一开始觉得有点难，但跟着书中的推导和例子，慢慢地也理解了其中的逻辑。这本书的排版清晰，公式推导严谨，理论与实践结合得非常好，对于我这种需要快速上手解决实际问题的工程师来说，简直是量身定做的。

评分☆☆☆☆☆

这本书，真是我近期遇到的最惊喜的一本书！之前一直觉得自动控制原理是工科领域里比较枯燥的一门学科，充斥着各种公式和图表，总让人提不起兴趣。但这本书完全打破了我的刻板印象。满红老师的文笔真是太棒了！她能够把那些抽象的概念讲得生动有趣，我常常在阅读过程中不自觉地会心一笑。最让我惊艳的是，书中不仅仅是理论的堆砌，更融入了大量的互动式学习设计。比如，每讲完一个重要概念，都会立刻穿插一些引导性的思考题，让我停下来思考，而不是被动地接受信息。还有就是它的案例分析，不是那种干巴巴的模型套用，而是把实际的工程场景描画得栩栩如生，让我能够感同身受地理解控制系统是如何工作的。我最喜欢的是关于模糊控制和神经网络控制的章节，它们展现了自动控制技术在人工智能时代的无限可能，让我看到了学科的未来发展方向。总而言之，这本书让我重新认识了自动控制原理，觉得它既严谨又充满魅力。