控制工程基基础 9787502463502 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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王晓梅 著

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• 控制工程
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• 自动控制
• 系统分析
• 数学模型
• 反馈控制
• 经典控制
• 现代控制
• 信号与系统
• 控制系统

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出版社： 冶金工业出版社

ISBN：9787502463502

商品编码：29648192895

包装：平装

出版时间：2013-07-01

图书基本信息
图书名称	控制工程基基础	作者	王晓梅
定价	24.00元	出版社	冶金工业出版社
ISBN	9787502463502	出版日期	2013-07-01
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

本书主要阐述经典控制论的基本原理、基础知识、基本分析方法、设计校正和工程设计方法，内容包括系统的数学模型、时域分析、频域分析、稳定性分析、校正与设计等，目的是使学生建立动态设计的概念，为后续课程运用控制理论和进一步深造打下基础。本书可作为本科或高职高专院校机械工程、电气工程、仪器科学与工程、动力工程等工学专业的教材，推荐学时为48～64学时，其中实验6～8学时，也可用作成教、函授学生的教材，还可供有关专业工程技术人员参考。

作者简介

目录

编辑推荐

文摘

序言

现代工业的脉搏：自动控制理论及其应用 在现代工业和科技飞速发展的今天，自动化和智能化已经成为不可逆转的趋势。从庞大的化工厂到精密的航空航天器，从家用电器到复杂的机器人系统，背后都离不开一套看不见的“大脑”——自动控制系统。它们像工业的神经系统一样，实时监测、分析并调节着各种过程，确保效率、安全与稳定。本篇将深入探讨自动控制理论的核心概念、发展历程及其在各领域的广泛应用，揭示它如何驱动着现代社会的进步。 一、 自动控制理论的基石：核心概念解析 自动控制理论是一门研究如何设计和实现能够自动维持或改变系统行为的系统的学科。其核心在于“反馈”的概念，即系统输出的某个量被检测到，并被用来影响系统的输入，从而纠正偏差，达到预期的目标。 1. 系统（System）： 在控制理论中，系统是指一组相互关联的部件，它们协同工作以实现特定功能。系统可以是线性的，也可以是非线性的；可以是连续的，也可以是离散的；可以是时不变的，也可以是时变的。例如，一台锅炉就是一个系统，其目标是稳定地提供热水。 2. 控制器（Controller）： 控制器是自动控制系统的“大脑”，它接收来自传感器的信息，并根据预设的控制算法计算出需要施加给执行器的控制信号。控制器的类型多种多样，从最简单的开关控制器到复杂的数字控制器，它们决定了系统的响应方式。 3. 被控对象（Plant/Process）： 被控对象是系统中需要被控制的部分。例如，在锅炉系统中，锅炉本身就是被控对象。其状态（如水温、水位）会受到外界因素和控制器输出的影响。 4. 执行器（Actuator）： 执行器是将控制器的输出信号转换为物理动作的装置。在锅炉系统中，燃气阀门或电热元件就是执行器，它们根据控制器的指令来调节燃料供应或电功率，从而改变被控对象的状态。 5. 传感器（Sensor）： 传感器用于测量被控对象的输出变量，并将其转换为控制器能够识别的信号。温度传感器、压力传感器、液位传感器等都是常见的传感器。它们为控制器提供了“眼睛”，使其能够了解系统的实时状态。 6. 反馈（Feedback）： 反馈是自动控制系统的灵魂。它指的是将系统的输出量（或其一部分）以某种方式传递回输入端，用于影响系统的进一步行为。 闭环控制（Closed-loop Control）： 闭环控制系统利用反馈来工作。控制器将测量到的输出与期望的设定值进行比较，计算出误差，并生成控制信号以减小该误差。这种反馈机制使得系统能够自动纠正干扰和不确定性，具有很高的鲁棒性。例如，恒温器控制空调就是典型的闭环系统。 开环控制（Open-loop Control）： 开环控制系统不使用反馈。控制器根据输入信号直接生成控制信号，不对系统的输出进行测量或比较。这种系统简单且成本低廉，但对干扰非常敏感，精度不高。例如，定时开关的电风扇就是开环系统。 7. 稳态（Steady State）与瞬态（Transient State）： 瞬态响应： 当系统受到输入信号变化或外部扰动时，其输出会从一个状态逐渐过渡到另一个状态，这个变化过程称为瞬态响应。瞬态响应的质量（如响应速度、超调量、衰减时间）是评价控制系统性能的重要指标。 稳态响应： 当系统经过瞬态变化后，其输出最终趋于一个稳定值，这个稳定状态称为稳态。稳态误差是控制器性能的另一个重要考量。 8. 稳定性（Stability）： 稳定性是自动控制系统最重要的性能指标之一。一个稳定的系统，在受到有限的扰动后，其输出不会无限制地增长，而是会趋于某个有限值或周期性振荡。一个不稳定的系统，其输出可能会失控，导致灾难性的后果。 二、 自动控制理论的发展脉络 自动控制理论的发展并非一蹴而就，而是经历了漫长的演进过程，与人类对自然和技术的探索息息相关。 1. 早期萌芽（18世纪）： 早期的自动控制思想可以追溯到机械计时器和工业革命时期的蒸汽机调速器。詹姆斯·瓦特在1788年发明的离心式蒸汽机调速器，能够根据蒸汽机的转速自动调节进汽量，是早期负反馈控制的杰出代表，极大地提高了蒸汽机的运行效率和稳定性。 2. 理论奠基（19世纪末-20世纪初）： 随着工程技术的发展，人们开始对自动控制系统进行更深入的数学分析。 马克斯·韦伯（Max Weber） 在19世纪末就对工业过程控制进行了初步的理论研究。 哈里·尼奎斯特（Harry Nyquist） 在20世纪30年代提出的“奈奎斯特稳定性判据”，为分析反馈系统的稳定性提供了严谨的数学工具。 阿诺德·维纳（Norbert Wiener） 在20世纪40年代提出的“最优控制理论”和“信号与系统”概念，标志着自动控制理论向更科学、更系统的方向发展，他更是“控制论”的奠基人。 3. 经典控制理论（20世纪中期）： 经典控制理论主要关注系统的频率响应和时域响应，以传递函数和根轨迹为主要分析工具。 拉普拉斯变换（Laplace Transform） 的引入，使得用代数方法分析线性微分方程成为可能，极大地简化了系统的时域和频域分析。 根轨迹法（Root Locus） 和伯德图（Bode Plot） 等分析工具的出现，使得设计具有特定性能的控制器（如PID控制器）成为可能。PID（比例-积分-微分）控制器至今仍是工业界最广泛应用的控制器之一，因其结构简单、易于实现且性能良好而备受青睐。 4. 现代控制理论（20世纪中后期）： 随着计算机技术的发展和对复杂系统需求的增加，现代控制理论应运而生。它以状态空间方法为核心，能够处理多输入多输出（MIMO）、非线性、时变系统，并引入了最优控制、自适应控制、鲁棒控制等先进概念。 状态空间方法（State-Space Representation）： 将系统用一组一阶微分方程（或差分方程）表示，引入了“状态向量”的概念，能够更全面地描述系统的内部动态。 最优控制（Optimal Control）： 旨在找到一个控制策略，使得系统的性能指标（如能量消耗、响应时间）达到最优。庞特里亚金最小值原理（Pontryagin's Minimum Principle）和动态规划（Dynamic Programming）是其重要理论基础。 卡尔曼滤波（Kalman Filter）： 用于在存在噪声的情况下，对系统状态进行最优估计，是现代导航、制导和目标跟踪等领域的核心技术。 数字控制（Digital Control）： 随着微处理器和数字计算机的普及，数字控制器逐渐取代了模拟控制器，使得控制算法更加灵活，能够实现更复杂的控制策略。 5. 先进控制理论与发展趋势（21世纪至今）： 进入21世纪，自动控制理论继续向更智能、更自适应、更互联的方向发展。 智能控制（Intelligent Control）： 结合了人工智能技术，如模糊控制（Fuzzy Control）、神经网络控制（Neural Network Control）、遗传算法（Genetic Algorithm）等，能够处理非线性、不确定性强的复杂系统。 模型预测控制（Model Predictive Control, MPC）： 利用系统的动态模型，在未来一段时间内预测系统的行为，并优化控制输入，以满足约束条件并实现最优目标。MPC在石油化工、过程控制等领域得到广泛应用。 鲁棒控制（Robust Control）： 旨在设计出对系统参数不确定性和外部扰动具有良好鲁棒性的控制器。 分布式控制（Distributed Control）： 适用于大型、分散的系统，如电网、交通网络，通过多个控制器协同工作实现整体控制。 网络化控制（Networked Control）： 将传感器、控制器和执行器通过通信网络连接，克服了传统控制系统的布线限制，但引入了通信延迟和丢包等问题。 学习控制（Learning Control）： 系统通过与环境的交互，不断学习和改进其控制策略，以适应不断变化的环境。 三、 自动控制理论在各领域的广泛应用 自动控制理论已经渗透到现代社会的方方面面，成为推动科技进步和提升生活品质的关键技术。 1. 工业生产过程控制： 化工与石化： 反应釜温度、压力、流量的精确控制，确保产品质量和生产安全。 电力系统： 发电厂的机组负荷调度、电网的电压和频率稳定。 冶金与材料： 炉温控制、轧钢速度控制、材料性能的精确调控。 食品与制药： 生产过程中的温度、湿度、混合比例的精确控制，保证产品安全和品质。 2. 交通运输： 汽车： 发动机管理系统、巡航控制、防抱死制动系统（ABS）、电子稳定程序（ESP）、自动驾驶技术。 航空航天： 飞机的自动驾驶仪、姿态控制系统、着陆系统，火箭和卫星的轨道控制、姿态保持。 轨道交通： 高速列车的自动运行、信号控制系统。 3. 机器人技术： 工业机器人： 精准的路径规划、力控、视觉伺服，实现自动化生产线的灵活调度。 服务机器人： 扫地机器人、医疗辅助机器人、无人机等，需要精确的导航、避障和任务执行能力。 4. 家用电器： 智能家电： 空调的温度调节、洗衣机的水位和洗涤模式控制、冰箱的温度和湿度保持。 5. 生物医学工程： 医疗设备： 输液泵、呼吸机、人工胰腺、手术机器人等，都需要高精度和高可靠性的控制系统。 假肢与康复设备： 模拟人体的运动控制。 6. 环境监测与治理： 水处理： 水质监测和污染物排放的控制。 大气污染治理： 烟气排放的监测和控制。 7. 金融与信息技术： 算法交易： 利用自动化的交易策略进行高频交易。 数据中心： 服务器的温度、功耗的智能管理。 结论 自动控制理论作为一门连接理论与实践的工程学科，其重要性日益凸显。从最早的机械调速器到如今复杂的智能控制系统，自动控制理论的发展历程就是一部不断追求精确、高效、稳定和智能的奋斗史。理解并掌握自动控制的基本原理，对于深入理解现代工业的运作机制、推动科技创新以及应对未来挑战至关重要。随着人工智能、大数据、物联网等新兴技术的融合，自动控制理论将迎来更加广阔的发展空间，继续引领我们迈向更加智能化的未来。

评分☆☆☆☆☆

这本书的写作风格，我个人觉得，如果能稍微“接地气”一些，会更受年轻一代工程师的欢迎。它目前的叙述方式偏向于严谨的数学推导和逻辑论证，这无疑保证了其学术的严谨性，但对于刚接触这门学科的读者来说，门槛设置得有点高。开篇引入概念时，如果能先用一个大家都能理解的日常现象来打个比方，将读者拉入情境，再逐步深入到复杂的数学描述中，学习曲线可能会平缓很多。现在的阅读体验，就像是直接被扔进了深水区，需要花费大量时间去适应水性。我期望看到作者在保持学术水准的同时，能运用更具启发性和故事性的语言，让那些原本令人望而生畏的定理和公式，变得触手可及，激发学习的热情，而不是仅仅停留在知识的传递层面。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计确实很用心，封面采用了哑光处理，拿在手里很有质感，不像有些教材，摸起来滑腻腻的，让人感觉不够踏实。内页的纸张选择也挺不错，没有那种刺眼的白，长时间阅读下来眼睛不容易疲劳。不过，我还是希望能看到更多的图示来辅助理解那些抽象的数学模型。虽然文字描述得还算清晰，但对于初学者来说，视觉化的呈现总是能更快地建立起概念联系。比如，在介绍反馈回路的稳定性分析时，如果能配上一些动态的系统响应图，哪怕是简单的示意图，都会让枯燥的公式活起来。另外，排版上的一些小细节也值得称赞，比如关键术语的加粗处理得当，让读者在快速浏览时能够迅速抓住重点。总的来说，从物理形态上看，这本书绝对是值得收藏的，希望内容也能跟得上这精美的外表。

评分☆☆☆☆☆

阅读过程中，我注意到一些章节在概念的衔接和过渡上略显突兀，似乎是从不同的资料汇编而成，缺乏一个统一的、流畅的思维导图贯穿始终。例如，从时域分析跳到频域分析时，中间缺乏一个强有力的理论纽带，使得读者需要自己去费力地搭建这两者之间的桥梁。一个好的教材应该像一位优秀的向导，清晰地标示出前方的路标。如果能在关键的知识点之间，加入一些“小结”或者“知识点串联”的段落，帮助读者梳理和巩固不同知识模块之间的内在联系，将有助于提升整体的学习效率。此外，习题部分的难度分布也有些不均衡，前后的梯度变化不够平滑，建议对基础巩固题和综合应用题进行更明确的区分和配比。

评分☆☆☆☆☆

我对这本书在现代控制理论，尤其是现代控制方法上的覆盖广度有些期待，希望它不仅仅停留在经典控制的范畴。虽然经典方法是基础，但面对高维、非线性的复杂系统，现代控制工具的引入是必不可少的。例如，在状态空间法、最优控制或者鲁棒控制这些章节的展开上，我希望看到更深入的探讨，而不只是蜻蜓点水式的介绍。我希望作者能详细剖析不同现代控制方法在应对系统不确定性和外部扰动时的优劣。如果能结合一些现代的仿真工具，比如如何利用MATLAB或Python进行状态观测器的设计和仿真验证，那就太棒了。毕竟，在当前的技术环境下，理论与仿真验证的紧密结合是工程师必备的技能，这本书在这一点上的力度还可以再加强一些。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我更关注的是这本书在实际工程应用案例上的深度。理论知识固然是基石，但如果脱离了实际场景，学起来就容易变成空中楼阁。我希望能看到一些贴近工业现场的例子，比如在某个具体的制造流程中，如何运用所学的控制算法去优化性能、解决实际的误差问题。教材中涉及的经典控制理论部分讲得不错，概念界定得比较清晰，这对于打好基础至关重要。但是，当我试图将这些理论迁移到我目前接触的某个项目时，总感觉缺少一个关键的“桥梁”。如果能在每个章节的末尾，增加一个“工程实践思考题”或者“案例分析”，引导读者思考如何在真实系统中进行参数整定和模型辨识，那就更完美了。现在读下来，感觉更像是一本优秀的理论参考书，离一本实用的“工具书”还有一步之遥。