控製工程基基礎 9787502463502 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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王曉梅 著

圖書標籤:

• 控製工程
• 控製理論
• 自動控製
• 係統分析
• 數學模型
• 反饋控製
• 經典控製
• 現代控製
• 信號與係統
• 控製係統

店鋪： 琅琅圖書專營店

齣版社： 冶金工業齣版社

ISBN：9787502463502

商品編碼：29648192895

包裝：平裝

齣版時間：2013-07-01

圖書基本信息
圖書名稱	控製工程基基礎	作者	王曉梅
定價	24.00元	齣版社	冶金工業齣版社
ISBN	9787502463502	齣版日期	2013-07-01
字數		頁碼
版次	1	裝幀	平裝
開本	16開	商品重量	0.4Kg

內容簡介

本書主要闡述經典控製論的基本原理、基礎知識、基本分析方法、設計校正和工程設計方法，內容包括係統的數學模型、時域分析、頻域分析、穩定性分析、校正與設計等，目的是使學生建立動態設計的概念，為後續課程運用控製理論和進一步深造打下基礎。本書可作為本科或高職高專院校機械工程、電氣工程、儀器科學與工程、動力工程等工學專業的教材，推薦學時為48～64學時，其中實驗6～8學時，也可用作成教、函授學生的教材，還可供有關專業工程技術人員參考。

作者簡介

目錄

編輯推薦

文摘

序言

現代工業的脈搏：自動控製理論及其應用 在現代工業和科技飛速發展的今天，自動化和智能化已經成為不可逆轉的趨勢。從龐大的化工廠到精密的航空航天器，從傢用電器到復雜的機器人係統，背後都離不開一套看不見的“大腦”——自動控製係統。它們像工業的神經係統一樣，實時監測、分析並調節著各種過程，確保效率、安全與穩定。本篇將深入探討自動控製理論的核心概念、發展曆程及其在各領域的廣泛應用，揭示它如何驅動著現代社會的進步。 一、 自動控製理論的基石：核心概念解析 自動控製理論是一門研究如何設計和實現能夠自動維持或改變係統行為的係統的學科。其核心在於“反饋”的概念，即係統輸齣的某個量被檢測到，並被用來影響係統的輸入，從而糾正偏差，達到預期的目標。 1. 係統（System）： 在控製理論中，係統是指一組相互關聯的部件，它們協同工作以實現特定功能。係統可以是綫性的，也可以是非綫性的；可以是連續的，也可以是離散的；可以是時不變的，也可以是時變的。例如，一颱鍋爐就是一個係統，其目標是穩定地提供熱水。 2. 控製器（Controller）： 控製器是自動控製係統的“大腦”，它接收來自傳感器的信息，並根據預設的控製算法計算齣需要施加給執行器的控製信號。控製器的類型多種多樣，從最簡單的開關控製器到復雜的數字控製器，它們決定瞭係統的響應方式。 3. 被控對象（Plant/Process）： 被控對象是係統中需要被控製的部分。例如，在鍋爐係統中，鍋爐本身就是被控對象。其狀態（如水溫、水位）會受到外界因素和控製器輸齣的影響。 4. 執行器（Actuator）： 執行器是將控製器的輸齣信號轉換為物理動作的裝置。在鍋爐係統中，燃氣閥門或電熱元件就是執行器，它們根據控製器的指令來調節燃料供應或電功率，從而改變被控對象的狀態。 5. 傳感器（Sensor）： 傳感器用於測量被控對象的輸齣變量，並將其轉換為控製器能夠識彆的信號。溫度傳感器、壓力傳感器、液位傳感器等都是常見的傳感器。它們為控製器提供瞭“眼睛”，使其能夠瞭解係統的實時狀態。 6. 反饋（Feedback）： 反饋是自動控製係統的靈魂。它指的是將係統的輸齣量（或其一部分）以某種方式傳遞迴輸入端，用於影響係統的進一步行為。 閉環控製（Closed-loop Control）： 閉環控製係統利用反饋來工作。控製器將測量到的輸齣與期望的設定值進行比較，計算齣誤差，並生成控製信號以減小該誤差。這種反饋機製使得係統能夠自動糾正乾擾和不確定性，具有很高的魯棒性。例如，恒溫器控製空調就是典型的閉環係統。 開環控製（Open-loop Control）： 開環控製係統不使用反饋。控製器根據輸入信號直接生成控製信號，不對係統的輸齣進行測量或比較。這種係統簡單且成本低廉，但對乾擾非常敏感，精度不高。例如，定時開關的電風扇就是開環係統。 7. 穩態（Steady State）與瞬態（Transient State）： 瞬態響應： 當係統受到輸入信號變化或外部擾動時，其輸齣會從一個狀態逐漸過渡到另一個狀態，這個變化過程稱為瞬態響應。瞬態響應的質量（如響應速度、超調量、衰減時間）是評價控製係統性能的重要指標。 穩態響應： 當係統經過瞬態變化後，其輸齣最終趨於一個穩定值，這個穩定狀態稱為穩態。穩態誤差是控製器性能的另一個重要考量。 8. 穩定性（Stability）： 穩定性是自動控製係統最重要的性能指標之一。一個穩定的係統，在受到有限的擾動後，其輸齣不會無限製地增長，而是會趨於某個有限值或周期性振蕩。一個不穩定的係統，其輸齣可能會失控，導緻災難性的後果。 二、 自動控製理論的發展脈絡 自動控製理論的發展並非一蹴而就，而是經曆瞭漫長的演進過程，與人類對自然和技術的探索息息相關。 1. 早期萌芽（18世紀）： 早期的自動控製思想可以追溯到機械計時器和工業革命時期的蒸汽機調速器。詹姆斯·瓦特在1788年發明的離心式蒸汽機調速器，能夠根據蒸汽機的轉速自動調節進汽量，是早期負反饋控製的傑齣代錶，極大地提高瞭蒸汽機的運行效率和穩定性。 2. 理論奠基（19世紀末-20世紀初）： 隨著工程技術的發展，人們開始對自動控製係統進行更深入的數學分析。 馬剋斯·韋伯（Max Weber） 在19世紀末就對工業過程控製進行瞭初步的理論研究。 哈裏·尼奎斯特（Harry Nyquist） 在20世紀30年代提齣的“奈奎斯特穩定性判據”，為分析反饋係統的穩定性提供瞭嚴謹的數學工具。 阿諾德·維納（Norbert Wiener） 在20世紀40年代提齣的“最優控製理論”和“信號與係統”概念，標誌著自動控製理論嚮更科學、更係統的方嚮發展，他更是“控製論”的奠基人。 3. 經典控製理論（20世紀中期）： 經典控製理論主要關注係統的頻率響應和時域響應，以傳遞函數和根軌跡為主要分析工具。 拉普拉斯變換（Laplace Transform） 的引入，使得用代數方法分析綫性微分方程成為可能，極大地簡化瞭係統的時域和頻域分析。 根軌跡法（Root Locus） 和伯德圖（Bode Plot） 等分析工具的齣現，使得設計具有特定性能的控製器（如PID控製器）成為可能。PID（比例-積分-微分）控製器至今仍是工業界最廣泛應用的控製器之一，因其結構簡單、易於實現且性能良好而備受青睞。 4. 現代控製理論（20世紀中後期）： 隨著計算機技術的發展和對復雜係統需求的增加，現代控製理論應運而生。它以狀態空間方法為核心，能夠處理多輸入多輸齣（MIMO）、非綫性、時變係統，並引入瞭最優控製、自適應控製、魯棒控製等先進概念。 狀態空間方法（State-Space Representation）： 將係統用一組一階微分方程（或差分方程）錶示，引入瞭“狀態嚮量”的概念，能夠更全麵地描述係統的內部動態。 最優控製（Optimal Control）： 旨在找到一個控製策略，使得係統的性能指標（如能量消耗、響應時間）達到最優。龐特裏亞金最小值原理（Pontryagin's Minimum Principle）和動態規劃（Dynamic Programming）是其重要理論基礎。 卡爾曼濾波（Kalman Filter）： 用於在存在噪聲的情況下，對係統狀態進行最優估計，是現代導航、製導和目標跟蹤等領域的核心技術。 數字控製（Digital Control）： 隨著微處理器和數字計算機的普及，數字控製器逐漸取代瞭模擬控製器，使得控製算法更加靈活，能夠實現更復雜的控製策略。 5. 先進控製理論與發展趨勢（21世紀至今）： 進入21世紀，自動控製理論繼續嚮更智能、更自適應、更互聯的方嚮發展。 智能控製（Intelligent Control）： 結閤瞭人工智能技術，如模糊控製（Fuzzy Control）、神經網絡控製（Neural Network Control）、遺傳算法（Genetic Algorithm）等，能夠處理非綫性、不確定性強的復雜係統。 模型預測控製（Model Predictive Control, MPC）： 利用係統的動態模型，在未來一段時間內預測係統的行為，並優化控製輸入，以滿足約束條件並實現最優目標。MPC在石油化工、過程控製等領域得到廣泛應用。 魯棒控製（Robust Control）： 旨在設計齣對係統參數不確定性和外部擾動具有良好魯棒性的控製器。 分布式控製（Distributed Control）： 適用於大型、分散的係統，如電網、交通網絡，通過多個控製器協同工作實現整體控製。 網絡化控製（Networked Control）： 將傳感器、控製器和執行器通過通信網絡連接，剋服瞭傳統控製係統的布綫限製，但引入瞭通信延遲和丟包等問題。 學習控製（Learning Control）： 係統通過與環境的交互，不斷學習和改進其控製策略，以適應不斷變化的環境。 三、 自動控製理論在各領域的廣泛應用 自動控製理論已經滲透到現代社會的方方麵麵，成為推動科技進步和提升生活品質的關鍵技術。 1. 工業生産過程控製： 化工與石化： 反應釜溫度、壓力、流量的精確控製，確保産品質量和生産安全。 電力係統： 發電廠的機組負荷調度、電網的電壓和頻率穩定。 冶金與材料： 爐溫控製、軋鋼速度控製、材料性能的精確調控。 食品與製藥： 生産過程中的溫度、濕度、混閤比例的精確控製，保證産品安全和品質。 2. 交通運輸： 汽車： 發動機管理係統、巡航控製、防抱死製動係統（ABS）、電子穩定程序（ESP）、自動駕駛技術。 航空航天： 飛機的自動駕駛儀、姿態控製係統、著陸係統，火箭和衛星的軌道控製、姿態保持。 軌道交通： 高速列車的自動運行、信號控製係統。 3. 機器人技術： 工業機器人： 精準的路徑規劃、力控、視覺伺服，實現自動化生産綫的靈活調度。 服務機器人： 掃地機器人、醫療輔助機器人、無人機等，需要精確的導航、避障和任務執行能力。 4. 傢用電器： 智能傢電： 空調的溫度調節、洗衣機的水位和洗滌模式控製、冰箱的溫度和濕度保持。 5. 生物醫學工程： 醫療設備： 輸液泵、呼吸機、人工胰腺、手術機器人等，都需要高精度和高可靠性的控製係統。 假肢與康復設備： 模擬人體的運動控製。 6. 環境監測與治理： 水處理： 水質監測和汙染物排放的控製。 大氣汙染治理： 煙氣排放的監測和控製。 7. 金融與信息技術： 算法交易： 利用自動化的交易策略進行高頻交易。 數據中心： 服務器的溫度、功耗的智能管理。 結論 自動控製理論作為一門連接理論與實踐的工程學科，其重要性日益凸顯。從最早的機械調速器到如今復雜的智能控製係統，自動控製理論的發展曆程就是一部不斷追求精確、高效、穩定和智能的奮鬥史。理解並掌握自動控製的基本原理，對於深入理解現代工業的運作機製、推動科技創新以及應對未來挑戰至關重要。隨著人工智能、大數據、物聯網等新興技術的融閤，自動控製理論將迎來更加廣闊的發展空間，繼續引領我們邁嚮更加智能化的未來。

評分☆☆☆☆☆

我對這本書在現代控製理論，尤其是現代控製方法上的覆蓋廣度有些期待，希望它不僅僅停留在經典控製的範疇。雖然經典方法是基礎，但麵對高維、非綫性的復雜係統，現代控製工具的引入是必不可少的。例如，在狀態空間法、最優控製或者魯棒控製這些章節的展開上，我希望看到更深入的探討，而不隻是蜻蜓點水式的介紹。我希望作者能詳細剖析不同現代控製方法在應對係統不確定性和外部擾動時的優劣。如果能結閤一些現代的仿真工具，比如如何利用MATLAB或Python進行狀態觀測器的設計和仿真驗證，那就太棒瞭。畢竟，在當前的技術環境下，理論與仿真驗證的緊密結閤是工程師必備的技能，這本書在這一點上的力度還可以再加強一些。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀設計確實很用心，封麵采用瞭啞光處理，拿在手裏很有質感，不像有些教材，摸起來滑膩膩的，讓人感覺不夠踏實。內頁的紙張選擇也挺不錯，沒有那種刺眼的白，長時間閱讀下來眼睛不容易疲勞。不過，我還是希望能看到更多的圖示來輔助理解那些抽象的數學模型。雖然文字描述得還算清晰，但對於初學者來說，視覺化的呈現總是能更快地建立起概念聯係。比如，在介紹反饋迴路的穩定性分析時，如果能配上一些動態的係統響應圖，哪怕是簡單的示意圖，都會讓枯燥的公式活起來。另外，排版上的一些小細節也值得稱贊，比如關鍵術語的加粗處理得當，讓讀者在快速瀏覽時能夠迅速抓住重點。總的來說，從物理形態上看，這本書絕對是值得收藏的，希望內容也能跟得上這精美的外錶。

評分☆☆☆☆☆

說實話，我更關注的是這本書在實際工程應用案例上的深度。理論知識固然是基石，但如果脫離瞭實際場景，學起來就容易變成空中樓閣。我希望能看到一些貼近工業現場的例子，比如在某個具體的製造流程中，如何運用所學的控製算法去優化性能、解決實際的誤差問題。教材中涉及的經典控製理論部分講得不錯，概念界定得比較清晰，這對於打好基礎至關重要。但是，當我試圖將這些理論遷移到我目前接觸的某個項目時，總感覺缺少一個關鍵的“橋梁”。如果能在每個章節的末尾，增加一個“工程實踐思考題”或者“案例分析”，引導讀者思考如何在真實係統中進行參數整定和模型辨識，那就更完美瞭。現在讀下來，感覺更像是一本優秀的理論參考書，離一本實用的“工具書”還有一步之遙。

評分☆☆☆☆☆

這本書的寫作風格，我個人覺得，如果能稍微“接地氣”一些，會更受年輕一代工程師的歡迎。它目前的敘述方式偏嚮於嚴謹的數學推導和邏輯論證，這無疑保證瞭其學術的嚴謹性，但對於剛接觸這門學科的讀者來說，門檻設置得有點高。開篇引入概念時，如果能先用一個大傢都能理解的日常現象來打個比方，將讀者拉入情境，再逐步深入到復雜的數學描述中，學習麯綫可能會平緩很多。現在的閱讀體驗，就像是直接被扔進瞭深水區，需要花費大量時間去適應水性。我期望看到作者在保持學術水準的同時，能運用更具啓發性和故事性的語言，讓那些原本令人望而生畏的定理和公式，變得觸手可及，激發學習的熱情，而不是僅僅停留在知識的傳遞層麵。

評分☆☆☆☆☆

閱讀過程中，我注意到一些章節在概念的銜接和過渡上略顯突兀，似乎是從不同的資料匯編而成，缺乏一個統一的、流暢的思維導圖貫穿始終。例如，從時域分析跳到頻域分析時，中間缺乏一個強有力的理論紐帶，使得讀者需要自己去費力地搭建這兩者之間的橋梁。一個好的教材應該像一位優秀的嚮導，清晰地標示齣前方的路標。如果能在關鍵的知識點之間，加入一些“小結”或者“知識點串聯”的段落，幫助讀者梳理和鞏固不同知識模塊之間的內在聯係，將有助於提升整體的學習效率。此外，習題部分的難度分布也有些不均衡，前後的梯度變化不夠平滑，建議對基礎鞏固題和綜閤應用題進行更明確的區分和配比。