自动控制原理及应用 董红生 ,李双科,李先山 9787302344643 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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董红生，李双科，李先山 著

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• 自动控制原理
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• 经典控制
• 现代控制
• 仿真
• 教材

店铺： 智博天恒图书专营店

出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302344643

商品编码：29424814867

包装：平装

出版时间：2014-03-01

图书基本信息
图书名称	自动控制原理及应用
作者	董红生 ,李双科,李先山
定价	36.00元
出版社	清华大学出版社
ISBN	9787302344643
出版日期	2014-03-01
字数
页码
版次	1
装帧	平装
开本	16开
商品重量	0.4Kg

内容简介

董红生编著的《自动控制原理及应用(21世纪高等院校自动化类实用规划教材)》是根据培养应用型人才的基本要求编写的，系统地介绍了自动控制原理经典控制理论部分的主要内容。全书共分8章，内容包括绪论、自动控制系统的数学模型、控制系统的时域分析法、控制系统的根轨迹分析方法、控制系统的频域分析法、控制系统的校正方法、采样控制系统及控制系统的MATLAB仿真应用。 　　本书从工程实际应用出发，内容全面，重点突出，叙述深入浅出、循序渐进、通俗易懂，每章都配有数量的例题和习题，并附有教学目标和本章小结，便于教师教学和学生自学。 　　《自动控制原理及应用(21世纪高等院校自动化类实用规划教材)》可作为应用型本科院校、高职高专院校及成人高校的电气、自动化及机电类各专业的教材或教学参考书，也可供工程技术人员参考。

作者简介

目录

编辑推荐

文摘

序言

现代智能系统中的核心驱动力：系统建模、分析与控制策略 本书旨在深入探讨现代智能系统中不可或缺的核心技术——自动控制理论及其广泛的应用。随着科技的飞速发展，从精密的工业机器人到便捷的家用电器，从复杂的航空航天系统到日益普及的无人驾驶汽车，几乎所有能够实现自主运行或协同工作的智能系统，都离不开自动控制的基石。本书将带领读者系统性地掌握自动控制的基本原理，并深入理解这些原理如何在实际工程中得以灵活运用，从而实现对复杂动态系统的精确、稳定和高效的操控。 第一部分：系统建模与描述——理解自动控制的起点 自动控制理论的核心在于对被控对象的精确理解和数学描述。本部分将从最基础的系统建模入手，为后续的分析和设计奠定坚实基础。 1. 系统模型的多样性与选择： 任何一个待控制的物理实体或过程，在进行控制设计之前，都需要将其抽象成一个数学模型。本书将详细介绍几种常用的系统建模方法，包括： 物理系统建模： 针对不同物理领域，如机械系统（弹簧-阻尼-质量系统、电机模型）、电路系统（RLC电路）、热力系统（温度控制）等，讲解如何利用物理定律（牛顿第二定律、基尔霍夫定律、能量守恒定律等）建立微分方程模型。我们将详细解析模型中的各个参数及其物理意义，帮助读者建立直观的理解。 传递函数模型： 在线性时不变（LTI）系统中，传递函数是一种非常强大且直观的描述输入输出关系的工具。本书将介绍拉普拉斯变换在建立和分析传递函数模型中的关键作用，以及如何从时域微分方程模型转换到频域的传递函数表示。我们将深入讲解传递函数的零极点、增益等概念，并分析它们对系统行为的影响。 状态空间模型： 对于更复杂、多输入多输出（MIMO）或非线性系统，状态空间模型提供了更为全面和灵活的描述方式。本书将介绍状态向量、状态方程和输出方程的概念，并阐述状态空间模型如何捕捉系统的内部动态。我们将讲解状态方程的矩阵形式，以及不同状态空间表示之间的转换。 其他模型： 视需要，本书还将简要介绍诸如脉冲响应、频率响应等其他系统描述方法，以及它们在特定问题中的应用。 2. 模型验证与简化： 建立的模型并非一成不变，其准确性需要通过实际数据或与其他方法进行验证。本书将讨论模型验证的基本思想和常用技术，并强调在工程实践中，根据控制目标对模型进行适当简化的重要性。我们将介绍如何通过忽略次要因素或线性化等方法，将复杂模型转化为便于分析和设计的简化模型。 第二部分：系统时域分析——洞察系统响应的动态特性 了解系统在不同输入作用下的响应是进行有效控制设计的前提。本部分将聚焦于系统在时域内的动态行为分析。 1. 暂态响应分析： 暂态响应是指系统在输入信号变化后，从初始状态达到稳定状态过程中所表现出的动态行为。本书将重点分析系统对典型输入信号（如单位阶跃信号、单位斜坡信号、单位脉冲信号）的响应特性： 单位阶跃响应： 我们将详细分析系统的超调量、上升时间、响应时间、稳态误差等关键性能指标，并解释这些指标如何反映系统的稳定性、响应速度和精度。 典型二阶系统的分析： 二阶系统是许多复杂系统简化后的基本模型，本书将深入分析无阻尼、临界阻尼、欠阻尼和过阻尼四种不同阻尼状态下的二阶系统阶跃响应特征，以及阻尼比和自然频率对响应的影响。 一阶系统的分析： 同样，我们将分析一阶系统的阶跃响应，并强调时间常数对系统响应速度的决定性作用。 2. 稳态响应分析： 稳态响应是指系统在经过充分的暂态过程后，最终趋于稳定的状态。本书将讨论稳态误差的概念，并分析不同类型系统（0型、I型、II型系统）对不同输入信号（常数输入、斜坡输入、抛物线输入）的稳态误差特性，以及如何通过改善系统结构来减小稳态误差。 3. 稳定性分析： 稳定性是自动控制系统最基本的要求。本书将从不同角度深入探讨系统的稳定性： 代数稳定判据： 我们将详细讲解劳斯-霍尔维茨（Routh-Hurwitz）判据，通过分析特征方程的系数来判断系统的稳定性，无需求解特征根。 根轨迹法： 根轨迹法是一种图形化的分析方法，它描绘了系统特征根随一个或多个系统参数（通常是开环增益）变化的轨迹。本书将详细介绍根轨迹的绘制规则，并阐述根轨迹如何直观地反映系统的稳定性裕度和动态性能。 第三部分：系统频域分析——从频率响应理解系统特性 频域分析方法通过分析系统对不同频率正弦信号的响应，来揭示系统的动态特性，为控制器设计提供重要依据。 1. 频率响应的基本概念： 本书将引入频率响应的概念，即系统输出信号相对于输入信号的幅值和相位的变化。我们将讲解如何通过幅频特性曲线（Bode图的幅频特性部分）和相频特性曲线（Bode图的相频特性部分）来描述系统的频率响应。 2. Bode图分析： Bode图是一种非常常用的绘制频率响应的图形工具。我们将详细介绍绘制Bode图的规则，包括如何根据传递函数分解为基本单元（积分环节、微分环节、惯性环节、震荡环节）的Bode图叠加得到整体Bode图。通过Bode图，我们可以直观地了解系统的幅值和相位随频率的变化规律。 3. Nyquist图与稳定裕度： Nyquist图是一种通过绘制开环传递函数在复平面的轨迹来分析系统稳定性的方法。本书将详细介绍Nyquist判据，并讨论如何从Nyquist图上读出系统的幅值裕度和相位裕度，这些裕度是衡量系统稳定性的重要指标。 4. 增益裕度与相位裕度： 增益裕度（GM）和相位裕度（PM）是衡量系统稳定性的重要指标，它们反映了系统在何种程度上可以承受开环增益或相位的变化而不失稳。本书将深入分析GM和PM的物理意义，以及它们与系统响应速度和鲁棒性的关系。 第四部分：控制器设计——实现期望的系统性能 在对系统进行建模和分析之后，下一步就是设计合适的控制器，以达到预期的控制目标，如提高响应速度、减小稳态误差、增强抗干扰能力等。 1. PID控制器及其改进： PID（比例-积分-微分）控制器是工业界应用最广泛的控制器类型。本书将详细介绍P、PI、PID控制器的基本原理、作用以及如何根据系统的特性和控制目标来整定PID控制器的三个参数（Kp, Ki, Kd）。我们将讨论各种PID整定方法，如经验整定法、Ziegler-Nichols方法，并介绍PID控制器的一些改进，如抗积分饱和、抗微分先行饱和等。 2. 超前和滞后校正： 通过引入串联校正装置，可以改善系统的动态性能。本书将详细介绍超前校正和滞后校正的原理，分析它们对系统幅频和相频特性的影响，并讲解如何设计超前和滞后校正装置来改善系统的稳定性、响应速度和稳态精度。 3. 状态反馈控制： 对于状态空间描述的系统，状态反馈控制是一种强大的设计方法。本书将介绍极点配置的概念，即通过选择合适的状态反馈增益矩阵，将闭环系统的极点配置到期望的位置，从而达到期望的动态性能。我们将讨论可控性和可观测性在状态反馈设计中的重要性。 4. 观测器设计： 在很多情况下，系统的所有状态变量无法直接测量，这时需要设计状态观测器来估计系统的状态。本书将介绍观测器的工作原理，并讨论全维观测器和降维观测器（Luenberger观测器）的设计方法。 第五部分：现代控制技术与应用——拓展自动控制的边界 除了传统的经典控制理论，本书还将介绍一些现代控制技术及其在不同领域的应用，以展示自动控制的广度和深度。 1. 数字控制系统： 随着计算机技术的发展，数字控制器已成为主流。本书将介绍离散化技术，将连续时间系统转化为离散时间系统，并讨论数字PID控制器的设计与实现。 2. 模糊控制： 模糊控制是一种基于模糊逻辑的非线性控制方法，它能够处理系统的不确定性和非精确信息。本书将介绍模糊逻辑的基本概念（模糊集、隶属函数、模糊推理），并展示如何设计模糊控制器。 3. 神经网络控制： 神经网络作为一种强大的学习工具，也被广泛应用于控制领域。本书将简要介绍神经网络的基本结构和学习算法，并阐述如何利用神经网络实现自适应控制、模型辨识等功能。 4. 鲁棒控制与自适应控制： 鲁棒控制旨在设计能够容忍系统模型不确定性的控制器，而自适应控制则能够根据系统性能的变化自动调整控制器参数。本书将简要介绍这些先进控制策略的思想和应用场景。 应用案例与实践指导： 本书的编写过程中，将穿插大量实际的工程应用案例，涵盖工业自动化、机器人控制、航空航天、过程控制、交通系统等多个领域。例如，我们将分析伺服电机的位置控制、温度的恒温控制、飞行器的姿态稳定控制等具体实例，并通过仿真和实际数据演示控制理论的有效性。每章结束后，还将提供相关的习题，帮助读者巩固所学知识，并鼓励读者利用仿真软件（如MATLAB/Simulink）进行实践，将理论知识转化为解决实际问题的能力。 本书特点： 系统性强： 结构清晰，从基础理论到高级应用，层层递进。 理论与实践结合： 深入浅出的理论讲解与丰富的工程案例相结合。 强调直观理解： 借助图示和比喻，帮助读者建立对抽象概念的直观认识。 注重工程应用： 引导读者将所学知识应用于实际工程问题。 面向广泛读者： 适合高等院校自动化、电气工程、机械工程、计算机科学等专业学生，以及从事相关领域的工程技术人员。 通过学习本书，读者将能够深刻理解自动控制系统的工作原理，掌握设计和分析各种控制系统的基本方法，并能够灵活运用这些知识解决实际工程中的复杂控制问题，从而为构建更智能、更高效的现代社会贡献力量。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版风格是我非常喜欢的。大量的图表和公式被清晰地展示出来，而且重点内容通常会以加粗或者特殊颜色进行标注，这极大地提高了阅读效率。我尤其看重这一点，因为在学习技术类书籍时，如果排版混乱，信息密度过低，很容易让人产生疲惫感，甚至放弃阅读。这本书在这方面做得非常出色，无论是数学公式的排版，还是流程图和系统框图的绘制，都清晰易懂，一目了然。即使是对于复杂的控制系统模型，通过图示和表格的结合，也能迅速把握其核心结构和运行机制。

评分☆☆☆☆☆

我在学习过程中，对于那些需要深入理解的章节，总会反复阅读几遍。书中内容的组织逻辑非常清晰，章节之间的过渡也很自然，使得整个知识体系能够循序渐进地建立起来。最令我惊喜的是，作者在某些技术难点部分，会插入一些“拓展阅读”或者“注意事项”的提示，这些小小的细节却能有效地避免我走弯路，让我事半功倍。例如，在介绍某一类控制算法时，作者会特别提醒需要注意的参数选择范围以及可能出现的振荡问题，这在其他许多教材中是很难找到的。这种细致入微的关怀，充分体现了作者对读者学习过程的深入理解和贴心设计。

评分☆☆☆☆☆

阅读这本书的过程，就像是在与一位博学多才的导师进行一场深入的对话。作者在书中不仅传授了基础的理论知识，更重要的是，他引导读者去思考“为什么”以及“如何应用”。书中不仅仅是简单地罗列公式和定理，更侧重于对这些理论在实际工程中如何落地应用的探讨。我能感受到作者在内容编排上下的功夫，他会从不同角度去解释同一个概念，确保读者能够全面而深刻地理解。而且，书中对于一些前沿技术和发展趋势的提及，也让我对这个领域有了更广阔的视野，激发了我进一步学习和探索的兴趣。

评分☆☆☆☆☆

这本书的包装和印刷质量都相当不错，拿到手的时候就感觉很有分量，纸张的触感也很舒服，不是那种廉价的纸质。封面设计也比较简洁大气，虽然我当初选择这本书主要是因为内容，但良好的第一印象确实会让人心情愉悦，对阅读体验也算是一个加分项。我个人比较喜欢厚实一点的书籍，感觉内容会比较充实，这本书恰好符合我的期待。在书架上摆放着，也显得很有档次，和其他几本技术类的书籍放在一起，也不会显得突兀。细节处理也比较到位，比如装订的牢固程度，翻阅的时候不用担心散架。整体来说，作为一本专业技术书籍，它在硬件上的投入是值得肯定的。

评分☆☆☆☆☆

这套书给我的感觉就像是一位经验丰富的老教授，用平易近人却又不失严谨的语言，缓缓道来一个复杂而迷人的领域。我最欣赏的是作者在解释抽象概念时，总能辅以生动的类比和具体的实例，让原本枯燥的理论变得鲜活起来。例如，在讲解 PID 控制器的原理时，作者并没有直接抛出复杂的数学公式，而是先从一个日常生活中非常贴切的例子入手，让我瞬间就理解了比例、积分、微分各自在系统响应中所起到的作用。这种“由浅入深，由易到难”的教学方式，对于我这样初学者来说，简直是福音。而且，书中提供的例题和习题设计得非常有代表性，能够很好地检验我对知识的掌握程度，并引导我去思考更深层次的问题。