自动控制原理知识要点及典型习题详解(李书臣) 9787122120380 化学工业出版社 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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李书臣 著

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• 自动控制原理
• 控制理论
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• 化学工业出版社
• 9787122120380
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• 控制工程

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出版社： 化学工业出版社

ISBN：9787122120380

商品编码：29648219338

包装：平装

出版时间：2011-10-01

基本信息

书名：自动控制原理知识要点及典型习题详解(李书臣)

定价：28.00元

作者：李书臣

出版社：化学工业出版社

出版日期：2011-10-01

ISBN：9787122120380

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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李书臣主编的本书共9章。第1章介绍了自动控制系统常用的术语和概念，并给出了从控制系统到方框图转换的多个实例分析。第2章介绍了数学模型的概念，并重点对传递函数分析和方框图、梅逊公式的数学模型简化方法进行了详细讨论。第3章介绍了线性系统的时域分析方法，并重点对系统的稳定性、快速性、准确性分析方法做了讨论。第4章介绍了系统的根轨迹方法，对根轨迹作图及分析系统性能做了讨论。第5章介绍了频率响应法，重点讲解了频率特性作图、分析方法，并且给出了截止频率、相位裕量的计算方法。第6章介绍了线性系统的校正方法，涉及串联频率法校正，给出了校正网络设计方法和稳定裕量验算方法。第7章介绍了有关采样控制系统的计算问题。第8章介绍了非线性系统的描述函数和相平面分析法。第9章介绍了线性系统的可控性、可观测性、稳定性、实现、极点配置等内容。　　本书选材力求内容全面、分析透彻,例题具有一定的代表性，并且给出多种解法，帮助读者分析*简单的解题步骤。特别推荐：本书配套教材为 《自动控制原理(王永骥)(二版)》

内容提要

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　　本书包括现在通行的“自动控制原理”课程的基本内容，本书分9章，每一章都列出该章整体的知识结构图，并列出重点和难点以及基本要求，然后进行典型例题讲解，讲明知识考查点，后是测试题，题型有填空题、单选题、简答题、综合计算题等，学生可以自本书主要供自动化及相关专业的本科生正常上课时同步学习和期末考试复习使用，也可以作为研究生入学考试复习用书。

目录

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1 自动控制的一般概念
1.1 知识要点
1.1.1 知识结构图
1.1.2 知识重点
1.1.3 知识难点
1.1.4 基本要求
1.2 典型习题详解
1.3 测试题及答案

2 自动控制系统的数学模型
2.1 知识要点
2.1.1 知识结构图
2.1.2 知识重点
2.1.3 知识难点
2.1.4 基本要求
2.2 典型习题详解
2.3 测试题及答案

3 控制系统的时域分析法
3.1 知识要点
3.1.1 知识结构图
3.1.2 知识重点
3.1.3 知识难点
3.1.4 基本要求
3.2 典型习题详解
3.3 测试题及答案

4 根轨迹法
4.1 知识要点
4.1.1 知识结构图
4.1.2 知识重点
4.1.3 知识难点
4.1.4 基本要求
4.2 典型习题详解
4.3 测试题及答案

5 频率响应法
5.1 知识要点
5.1.1 知识结构图
5.1.2 知识重点
5.1.3 知识难点
5.1.4 基本要求
5.2 典型习题详解
5.3 测试题及答案

6 线性系统的校正方法
6.1 知识要点
6.1.1 知识结构图
6.1.2 知识重点
6.1.3 知识难点
6.1.4 基本要求
6.2 典型习题详解
6.3 测试题及答案

7 采样系统理论
7.1 知识要点
7.1.1 知识结构图
7.1.2 知识重点
7.1.3 知识难点
7.1.4 基本要求
7.2 典型习题详解
7.3 测试题及答案

8 非线性系统分析法
8.1 知识要点
8.1.1 知识结构图
8.1.2 知识重点
8.1.3 知识难点
8.1.4 基本要求
8.2 典型习题详解
8.3 测试题及答案

9 状态空间分析法
9.1 知识要点
9.1.1 知识结构图
9.1.2 知识重点
9.1.3 知识难点
9.1.4 基本要求
9.2 典型习题详解
9.3 测试题及答案
参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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《现代控制理论导论：系统分析与设计》 内容简介 本书系统地介绍了现代控制理论的核心概念、数学工具和分析方法，旨在为读者构建一个坚实的理论基础，以便理解和解决复杂动态系统的控制问题。全书内容涵盖了从系统建模、状态空间分析到最优控制、稳定性理论以及数字控制等关键领域，力求在理论深度与工程实践之间取得平衡，为有志于深入研究控制工程、自动化技术、机器人、航空航航天、精密仪器等领域的学生和工程师提供一条清晰的学习路径。 第一部分：系统建模与描述 本部分是理解任何控制系统的基石。我们首先从系统建模的角度出发，详细阐述了如何将实际的物理系统抽象为数学模型。重点介绍了两种主要的建模方法： 微分方程模型： 详述了如何根据物理定律（如牛顿定律、电路定律、热力学定律等）列写系统的微分方程。通过大量的工程实例，如RLC电路、弹簧-阻尼系统、二阶系统等，演示了如何构建这些方程。我们将深入分析微分方程的阶数、线性与非线性、时变与时不变等特性，并介绍求解微分方程的解析和数值方法。 传递函数模型（针对线性定常系统）： 引入了拉普拉斯变换作为强大的数学工具，详细解释了如何从微分方程模型推导出系统的传递函数。我们将深入剖析传递函数的物理意义，包括零点、极点、增益、增益裕度、相位裕度等关键参数，并讨论这些参数如何影响系统的动态响应。 在此基础上，我们还将探讨线性系统模型的基本性质，包括因果性、稳定性、可控性、可观测性等，为后续的分析和设计奠定基础。 第二部分：状态空间分析 本部分是现代控制理论的核心内容之一，它提供了一种更全面、更强大的系统描述和分析框架。 状态空间方程： 详细介绍了状态空间方程的数学形式，即矩阵微分方程 $dot{x}(t) = Ax(t) + Bu(t)$ 和输出方程 $y(t) = Cx(t) + Du(t)$。我们将深入解释状态向量、系统矩阵A、输入矩阵B、输出矩阵C和前馈矩阵D的物理意义。 状态转移矩阵： 详细推导了状态转移矩阵 $Phi(t) = e^{At}$ 的概念及其计算方法。通过状态转移矩阵，我们可以直接描述系统状态在无输入情况下的演变过程。我们将探讨状态转移矩阵的性质及其在求解状态方程中的应用。 线性定常系统的基本性质： 可控性： 详细定义了系统的可控性，并介绍了其判定方法，如克拉姆矩阵法。我们还将讨论可控性对系统性能设计（如极点配置）的重要性。 可观测性： 详细定义了系统的可观测性，并介绍了其判定方法，同样使用克拉姆矩阵法。我们还将讨论可观测性对状态估计（如观测器设计）的重要性。 稳定性分析： 引入了李亚普诺夫稳定性理论，包括直接法和间接法。我们将详细讲解李亚普诺夫方程的构建和求解，并解释如何根据李亚普诺夫函数的性质判断系统的稳定性，包括渐近稳定性、稳定性、指数稳定性等。同时，也将介绍通过特征值分析来判断线性定常系统稳定性的方法。 离散时间系统的状态空间描述： 介绍了离散时间系统的状态空间方程 $oldsymbol{x}_{k+1} = Aoldsymbol{x}_k + Boldsymbol{u}_k$ 和 $oldsymbol{y}_k = Coldsymbol{x}_k + Doldsymbol{u}_k$，并讨论了离散时间系统的可控性、可观测性以及稳定性判据。 第三部分：经典控制理论 尽管现代控制理论提供了更强大的分析工具，但经典控制理论在实际工程中仍然具有广泛的应用，并且是理解现代控制理论的基础。 闭环系统分析： 详细分析了负反馈控制系统的结构，并深入探讨了闭环系统相对于开环系统的优势，如减小灵敏度、提高精度、改善动态响应等。 根轨迹法： 详细介绍了根轨迹法的基本原理，即在改变系统增益时，闭环系统的极点（系统的特征值）的轨迹。我们将演示如何绘制根轨迹，并解释根轨迹的形状如何反映系统的稳定性、阻尼比和峰值时间等性能指标。 频率响应法： Bode图： 详细介绍了Bode图（幅频特性曲线和相频特性曲线）的绘制方法及其物理意义。通过Bode图，我们可以直观地分析系统的频率响应特性，包括通带、阻带、截止频率、截止斜率等。 Nyquist图： 详细介绍了Nyquist稳定性判据，并解释了如何通过Nyquist图来判断闭环系统的稳定性，包括增益裕度和相位裕度。 Nichols图： 介绍了Nichols图在分析闭环系统幅度和相位特性方面的应用。 稳定性判据： 除了上述方法，我们将回顾并详细讲解Routh-Hurwitz稳定性判据，该判据可以直接从系统的特征方程系数判断稳定性。 第四部分：现代控制系统设计 本部分将重点介绍基于状态空间方法的先进控制系统设计技术。 状态反馈控制： 详细阐述了状态反馈控制器的设计原理，即利用系统状态的线性组合来改变系统的动态特性。我们将重点介绍极点配置的设计方法，并讨论如何通过选择期望的闭环极点来达到所需的系统响应。 状态观测器设计： 针对无法直接测量所有系统状态的情况，我们将详细介绍状态观测器的概念和设计方法，如Luenberger观测器。我们将讨论如何设计一个状态观测器，使其能够快速准确地估计系统的状态。 线性二次型最优控制（LQR）： 引入了最优控制的概念，并详细介绍了线性二次型最优控制（LQR）的设计方法。LQR旨在最小化一个二次型性能指标，该指标综合考虑了状态向量和控制输入的加权平方和。我们将推导LQR的解析解（黎卡提方程）以及如何利用其设计状态反馈增益。 卡尔曼滤波（可选，若内容允许）： （此处可根据篇幅和深度添加卡尔曼滤波的内容，作为状态估计和最优控制的有力补充。如果篇幅有限，可以将其作为选讲或简要介绍。） 第五部分：数字控制系统 随着计算机技术的发展，数字控制系统已成为现代控制领域的主流。 离散化方法： 详细介绍如何将连续时间系统模型转换为离散时间系统模型，包括零阶保持法、一阶保持法等。 数字PID控制器： 详细讲解数字PID（比例-积分-微分）控制器的实现原理和设计方法，包括不同离散化形式的PID控制器（位置型、增量型）及其参数整定。 数字控制系统分析与设计： 讨论离散时间系统的稳定性、可控性、可观测性，并介绍数字域的根轨迹法和频率响应分析。 数字控制器设计： 介绍如何设计数字控制器，包括极点配置在数字域的应用，以及死区、量化等数字控制特有的问题。 第六部分：鲁棒控制与先进主题（可选，根据篇幅和侧重点） （此处可根据书籍整体定位，选择性地加入一些先进的控制理论内容，例如：） 鲁棒控制基础： 简要介绍鲁棒控制的基本概念，如模型不确定性、扰动等，以及如何设计能够在一定不确定性下保持性能的控制器。 模糊控制与神经网络控制简介： （如果书籍侧重于更广泛的智能控制，可以简要介绍这些非模型化的控制方法。） 习题与解答 每章末尾都配有精心设计的习题，覆盖了从基础概念到复杂应用的各个层面。习题难度梯度合理，旨在帮助读者巩固所学知识，提升分析和解决问题的能力。部分典型习题提供详细的解答过程，深入剖析解题思路和技巧，帮助读者理解知识的实际应用。 本书特点 体系完整： 涵盖了从经典控制理论到现代控制理论的完整知识体系，为读者构建全面的控制理论框架。 理论深入浅出： 在保证理论严谨性的同时，注重概念的直观解释和物理意义的阐述，降低学习难度。 实例丰富： 大量结合实际工程案例，将抽象的数学模型与具体的物理系统相结合，增强学习的实践性。 习题与解答系统： 精选典型习题，并提供详细解答，强化知识点的理解与应用。 数学工具强调： 充分讲解拉普拉斯变换、Z变换、矩阵运算等关键数学工具，为深入学习提供支持。 面向工程实践： 强调控制系统的分析与设计方法，为解决实际工程问题提供理论指导。 本书适合于高等院校自动化、电气工程、机械工程、航空航天、电子工程等专业本科生、研究生，以及从事相关领域研究和工程开发的科技人员阅读。通过学习本书，读者将能够深刻理解自动控制系统的原理，掌握分析和设计各类控制系统的基本方法，为解决复杂工程问题打下坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计简直是工业时代的复古美学与现代印刷工艺的完美结合，封面那种略带磨砂质感的深蓝色调，配上烫金的字体，拿在手里沉甸甸的，立刻就能感受到它厚重的学术分量。我记得第一次在书店看到它的时候，就被这种低调而内敛的气质吸引了。内页的纸张选择也相当考究，不是那种刺眼的亮白，而是柔和的米白色，长时间阅读下来眼睛也不会感到疲劳，这对于需要反复研读复杂公式和电路图的学科来说，简直是福音。装订工艺非常扎实，即使我经常需要将书本平摊在桌面上进行对照学习，书脊也没有出现任何松动的迹象，这在动辄就“散架”的教材市场里，绝对算得上是良心之作。侧边书脊上的书名排版也很有章法，字体粗细搭配得当，即使是放在拥挤的书架上，也能一眼被精准定位。整体来看，这不仅仅是一本工具书，更像是一件值得珍藏的知识载体，它的外观就已经为你接下来的学习旅程设定了一个严谨而专业的基调。每次翻开它，都能唤起一种对手工艺和知识尊重的仪式感，这在如今充斥着轻薄电子产品的时代，显得尤为珍贵。

评分☆☆☆☆☆

这本书的语言风格极其严谨，字里行间透露出一种对科学的敬畏感，但同时又保持了一种出人意料的清晰度和可读性。它用词精准，拒绝任何模棱两可的表达，这对于学习工程技术学科至关重要。我注意到，作者在阐述一些比较底层的物理意义时，会偶尔使用一些类比手法，但这些类比都控制得恰到好处，既能帮助理解，又不会使概念失真。比如，在解释系统的动态响应特性时，作者用到了“惯性”和“阻尼”两个词汇，并且精确地将其与实际机械系统中的质量和摩擦力联系起来，这种跨学科的对照，极大地增强了概念的立体感。整本书的行文节奏把握得非常好，它不会因为追求详尽而变得冗长拖沓，也不会因为追求简洁而显得晦涩难懂，始终保持着一种平衡的张力，使得阅读体验非常流畅，仿佛是与一位水平极高的同行在进行一对一的学术交流。

评分☆☆☆☆☆

从教材的“实用价值”来看，这本书的覆盖面和深度达到了一个非常理想的平衡点。它既能满足初学者对基础知识体系的构建需求，也能为进阶学习者提供深入探究的参考价值。我发现，许多在后续的专业课程（比如最优控制、现代控制理论）中被当作已知前提引入的结论，这本书都给出了详尽的推导过程，这为我建立一个坚实而完整的知识底层架构提供了极大的帮助。它不像某些过于偏重理论的教科书，把所有精力都放在了抽象的数学推演上，导致应用脱节；也不像某些过于偏重实践的参考书，只停留在“如何操作”的层面而缺乏对“为什么这样操作”的深刻理解。这本书成功地搭建了一座理论与实践之间的坚固桥梁，无论你未来的发展方向是偏向系统设计还是算法研发，它所提供的底层逻辑和分析工具都具有极强的普适性和生命力，是一本真正能“传道授业解惑”的优秀著作。

评分☆☆☆☆☆

这本书的内容组织逻辑，简直像一位经验丰富的老教师在为你量身定制学习路径，它不是简单地堆砌知识点，而是将抽象的控制系统概念，层层剥茧，由浅入深地引入。初学者可能一开始会被那些复杂的传递函数和状态空间描述吓到，但这本书的巧妙之处在于，它总能在引入新概念的同时，配以极其直观的物理背景或工程实例来锚定理解。比如，它讲解 PID 控制器的设计思想时，并非直接给出复杂的数学推导，而是先用一个日常生活中常见的例子（比如恒温水浴的控制），让你建立起对比例、积分、微分作用的感性认识，然后再过渡到拉普拉斯变换和频域分析。这种“先建立直觉，后完善理论”的叙事结构，极大地降低了入门的心理门槛。而且，作者在关键的数学推导环节，总会适当地留出“空白”让你思考，而不是一口气灌输所有细节，这种留白的设计，使得读者在主动思考的过程中，更容易将知识内化，而不是被动地接受。

评分☆☆☆☆☆

作为一本习题详解类的书籍，它的“典型习题”部分简直是神来之笔，完全跳脱了那种“标准答案式”的解析。很多同类书籍的习题解答，往往是冷冰冰的公式堆砌，看一遍也未必明白“为什么”要这么解。然而，这本书的解答过程却充满了“教学的温度”。它不仅给出了每一步计算的结果，更重要的是，它清晰地阐述了选择该解法背后的思维逻辑和潜在的陷阱。比如，在处理非线性系统的相平面分析时，书中对不同平衡点的稳定性判断，都详尽地画出了相轨线簇，并配有详细的文字描述来解释轨迹是如何演化和收敛的，这对于培养学生的系统思维能力至关重要。我个人最欣赏的是，它会时不时地穿插一些“名师点拨”或“易错警示”，这些小小的提示，往往直指多年教学经验中总结出的学生普遍的思维误区，简直是“防患于未然”的最佳策略，让我在做题时能提前规避很多不必要的弯路。