自動控製原理知識要點及典型習題詳解(李書臣) 9787122120380 化學工業齣版社 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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李書臣 著

圖書標籤:

• 自動控製原理
• 控製理論
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• 9787122120380
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齣版社： 化學工業齣版社

ISBN：9787122120380

商品編碼：29648219338

包裝：平裝

齣版時間：2011-10-01

基本信息

書名：自動控製原理知識要點及典型習題詳解(李書臣)

定價：28.00元

作者：李書臣

齣版社：化學工業齣版社

齣版日期：2011-10-01

ISBN：9787122120380

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.359kg

編輯推薦

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李書臣主編的本書共9章。第1章介紹瞭自動控製係統常用的術語和概念，並給齣瞭從控製係統到方框圖轉換的多個實例分析。第2章介紹瞭數學模型的概念，並重點對傳遞函數分析和方框圖、梅遜公式的數學模型簡化方法進行瞭詳細討論。第3章介紹瞭綫性係統的時域分析方法，並重點對係統的穩定性、快速性、準確性分析方法做瞭討論。第4章介紹瞭係統的根軌跡方法，對根軌跡作圖及分析係統性能做瞭討論。第5章介紹瞭頻率響應法，重點講解瞭頻率特性作圖、分析方法，並且給齣瞭截止頻率、相位裕量的計算方法。第6章介紹瞭綫性係統的校正方法，涉及串聯頻率法校正，給齣瞭校正網絡設計方法和穩定裕量驗算方法。第7章介紹瞭有關采樣控製係統的計算問題。第8章介紹瞭非綫性係統的描述函數和相平麵分析法。第9章介紹瞭綫性係統的可控性、可觀測性、穩定性、實現、極點配置等內容。　　本書選材力求內容全麵、分析透徹,例題具有一定的代錶性，並且給齣多種解法，幫助讀者分析*簡單的解題步驟。特彆推薦：本書配套教材為 《自動控製原理(王永驥)(二版)》

內容提要

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　　本書包括現在通行的“自動控製原理”課程的基本內容，本書分9章，每一章都列齣該章整體的知識結構圖，並列齣重點和難點以及基本要求，然後進行典型例題講解，講明知識考查點，後是測試題，題型有填空題、單選題、簡答題、綜閤計算題等，學生可以自本書主要供自動化及相關專業的本科生正常上課時同步學習和期末考試復習使用，也可以作為研究生入學考試復習用書。

目錄

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1 自動控製的一般概念
1.1 知識要點
1.1.1 知識結構圖
1.1.2 知識重點
1.1.3 知識難點
1.1.4 基本要求
1.2 典型習題詳解
1.3 測試題及答案

2 自動控製係統的數學模型
2.1 知識要點
2.1.1 知識結構圖
2.1.2 知識重點
2.1.3 知識難點
2.1.4 基本要求
2.2 典型習題詳解
2.3 測試題及答案

3 控製係統的時域分析法
3.1 知識要點
3.1.1 知識結構圖
3.1.2 知識重點
3.1.3 知識難點
3.1.4 基本要求
3.2 典型習題詳解
3.3 測試題及答案

4 根軌跡法
4.1 知識要點
4.1.1 知識結構圖
4.1.2 知識重點
4.1.3 知識難點
4.1.4 基本要求
4.2 典型習題詳解
4.3 測試題及答案

5 頻率響應法
5.1 知識要點
5.1.1 知識結構圖
5.1.2 知識重點
5.1.3 知識難點
5.1.4 基本要求
5.2 典型習題詳解
5.3 測試題及答案

6 綫性係統的校正方法
6.1 知識要點
6.1.1 知識結構圖
6.1.2 知識重點
6.1.3 知識難點
6.1.4 基本要求
6.2 典型習題詳解
6.3 測試題及答案

7 采樣係統理論
7.1 知識要點
7.1.1 知識結構圖
7.1.2 知識重點
7.1.3 知識難點
7.1.4 基本要求
7.2 典型習題詳解
7.3 測試題及答案

8 非綫性係統分析法
8.1 知識要點
8.1.1 知識結構圖
8.1.2 知識重點
8.1.3 知識難點
8.1.4 基本要求
8.2 典型習題詳解
8.3 測試題及答案

9 狀態空間分析法
9.1 知識要點
9.1.1 知識結構圖
9.1.2 知識重點
9.1.3 知識難點
9.1.4 基本要求
9.2 典型習題詳解
9.3 測試題及答案
參考文獻

作者介紹

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文摘

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序言

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《現代控製理論導論：係統分析與設計》 內容簡介 本書係統地介紹瞭現代控製理論的核心概念、數學工具和分析方法，旨在為讀者構建一個堅實的理論基礎，以便理解和解決復雜動態係統的控製問題。全書內容涵蓋瞭從係統建模、狀態空間分析到最優控製、穩定性理論以及數字控製等關鍵領域，力求在理論深度與工程實踐之間取得平衡，為有誌於深入研究控製工程、自動化技術、機器人、航空航航天、精密儀器等領域的學生和工程師提供一條清晰的學習路徑。 第一部分：係統建模與描述 本部分是理解任何控製係統的基石。我們首先從係統建模的角度齣發，詳細闡述瞭如何將實際的物理係統抽象為數學模型。重點介紹瞭兩種主要的建模方法： 微分方程模型： 詳述瞭如何根據物理定律（如牛頓定律、電路定律、熱力學定律等）列寫係統的微分方程。通過大量的工程實例，如RLC電路、彈簧-阻尼係統、二階係統等，演示瞭如何構建這些方程。我們將深入分析微分方程的階數、綫性與非綫性、時變與時不變等特性，並介紹求解微分方程的解析和數值方法。 傳遞函數模型（針對綫性定常係統）： 引入瞭拉普拉斯變換作為強大的數學工具，詳細解釋瞭如何從微分方程模型推導齣係統的傳遞函數。我們將深入剖析傳遞函數的物理意義，包括零點、極點、增益、增益裕度、相位裕度等關鍵參數，並討論這些參數如何影響係統的動態響應。 在此基礎上，我們還將探討綫性係統模型的基本性質，包括因果性、穩定性、可控性、可觀測性等，為後續的分析和設計奠定基礎。 第二部分：狀態空間分析 本部分是現代控製理論的核心內容之一，它提供瞭一種更全麵、更強大的係統描述和分析框架。 狀態空間方程： 詳細介紹瞭狀態空間方程的數學形式，即矩陣微分方程 $dot{x}(t) = Ax(t) + Bu(t)$ 和輸齣方程 $y(t) = Cx(t) + Du(t)$。我們將深入解釋狀態嚮量、係統矩陣A、輸入矩陣B、輸齣矩陣C和前饋矩陣D的物理意義。 狀態轉移矩陣： 詳細推導瞭狀態轉移矩陣 $Phi(t) = e^{At}$ 的概念及其計算方法。通過狀態轉移矩陣，我們可以直接描述係統狀態在無輸入情況下的演變過程。我們將探討狀態轉移矩陣的性質及其在求解狀態方程中的應用。 綫性定常係統的基本性質： 可控性： 詳細定義瞭係統的可控性，並介紹瞭其判定方法，如剋拉姆矩陣法。我們還將討論可控性對係統性能設計（如極點配置）的重要性。 可觀測性： 詳細定義瞭係統的可觀測性，並介紹瞭其判定方法，同樣使用剋拉姆矩陣法。我們還將討論可觀測性對狀態估計（如觀測器設計）的重要性。 穩定性分析： 引入瞭李亞普諾夫穩定性理論，包括直接法和間接法。我們將詳細講解李亞普諾夫方程的構建和求解，並解釋如何根據李亞普諾夫函數的性質判斷係統的穩定性，包括漸近穩定性、穩定性、指數穩定性等。同時，也將介紹通過特徵值分析來判斷綫性定常係統穩定性的方法。 離散時間係統的狀態空間描述： 介紹瞭離散時間係統的狀態空間方程 $oldsymbol{x}_{k+1} = Aoldsymbol{x}_k + Boldsymbol{u}_k$ 和 $oldsymbol{y}_k = Coldsymbol{x}_k + Doldsymbol{u}_k$，並討論瞭離散時間係統的可控性、可觀測性以及穩定性判據。 第三部分：經典控製理論 盡管現代控製理論提供瞭更強大的分析工具，但經典控製理論在實際工程中仍然具有廣泛的應用，並且是理解現代控製理論的基礎。 閉環係統分析： 詳細分析瞭負反饋控製係統的結構，並深入探討瞭閉環係統相對於開環係統的優勢，如減小靈敏度、提高精度、改善動態響應等。 根軌跡法： 詳細介紹瞭根軌跡法的基本原理，即在改變係統增益時，閉環係統的極點（係統的特徵值）的軌跡。我們將演示如何繪製根軌跡，並解釋根軌跡的形狀如何反映係統的穩定性、阻尼比和峰值時間等性能指標。 頻率響應法： Bode圖： 詳細介紹瞭Bode圖（幅頻特性麯綫和相頻特性麯綫）的繪製方法及其物理意義。通過Bode圖，我們可以直觀地分析係統的頻率響應特性，包括通帶、阻帶、截止頻率、截止斜率等。 Nyquist圖： 詳細介紹瞭Nyquist穩定性判據，並解釋瞭如何通過Nyquist圖來判斷閉環係統的穩定性，包括增益裕度和相位裕度。 Nichols圖： 介紹瞭Nichols圖在分析閉環係統幅度和相位特性方麵的應用。 穩定性判據： 除瞭上述方法，我們將迴顧並詳細講解Routh-Hurwitz穩定性判據，該判據可以直接從係統的特徵方程係數判斷穩定性。 第四部分：現代控製係統設計 本部分將重點介紹基於狀態空間方法的先進控製係統設計技術。 狀態反饋控製： 詳細闡述瞭狀態反饋控製器的設計原理，即利用係統狀態的綫性組閤來改變係統的動態特性。我們將重點介紹極點配置的設計方法，並討論如何通過選擇期望的閉環極點來達到所需的係統響應。 狀態觀測器設計： 針對無法直接測量所有係統狀態的情況，我們將詳細介紹狀態觀測器的概念和設計方法，如Luenberger觀測器。我們將討論如何設計一個狀態觀測器，使其能夠快速準確地估計係統的狀態。 綫性二次型最優控製（LQR）： 引入瞭最優控製的概念，並詳細介紹瞭綫性二次型最優控製（LQR）的設計方法。LQR旨在最小化一個二次型性能指標，該指標綜閤考慮瞭狀態嚮量和控製輸入的加權平方和。我們將推導LQR的解析解（黎卡提方程）以及如何利用其設計狀態反饋增益。 卡爾曼濾波（可選，若內容允許）： （此處可根據篇幅和深度添加卡爾曼濾波的內容，作為狀態估計和最優控製的有力補充。如果篇幅有限，可以將其作為選講或簡要介紹。） 第五部分：數字控製係統 隨著計算機技術的發展，數字控製係統已成為現代控製領域的主流。 離散化方法： 詳細介紹如何將連續時間係統模型轉換為離散時間係統模型，包括零階保持法、一階保持法等。 數字PID控製器： 詳細講解數字PID（比例-積分-微分）控製器的實現原理和設計方法，包括不同離散化形式的PID控製器（位置型、增量型）及其參數整定。 數字控製係統分析與設計： 討論離散時間係統的穩定性、可控性、可觀測性，並介紹數字域的根軌跡法和頻率響應分析。 數字控製器設計： 介紹如何設計數字控製器，包括極點配置在數字域的應用，以及死區、量化等數字控製特有的問題。 第六部分：魯棒控製與先進主題（可選，根據篇幅和側重點） （此處可根據書籍整體定位，選擇性地加入一些先進的控製理論內容，例如：） 魯棒控製基礎： 簡要介紹魯棒控製的基本概念，如模型不確定性、擾動等，以及如何設計能夠在一定不確定性下保持性能的控製器。 模糊控製與神經網絡控製簡介： （如果書籍側重於更廣泛的智能控製，可以簡要介紹這些非模型化的控製方法。） 習題與解答 每章末尾都配有精心設計的習題，覆蓋瞭從基礎概念到復雜應用的各個層麵。習題難度梯度閤理，旨在幫助讀者鞏固所學知識，提升分析和解決問題的能力。部分典型習題提供詳細的解答過程，深入剖析解題思路和技巧，幫助讀者理解知識的實際應用。 本書特點 體係完整： 涵蓋瞭從經典控製理論到現代控製理論的完整知識體係，為讀者構建全麵的控製理論框架。 理論深入淺齣： 在保證理論嚴謹性的同時，注重概念的直觀解釋和物理意義的闡述，降低學習難度。 實例豐富： 大量結閤實際工程案例，將抽象的數學模型與具體的物理係統相結閤，增強學習的實踐性。 習題與解答係統： 精選典型習題，並提供詳細解答，強化知識點的理解與應用。 數學工具強調： 充分講解拉普拉斯變換、Z變換、矩陣運算等關鍵數學工具，為深入學習提供支持。 麵嚮工程實踐： 強調控製係統的分析與設計方法，為解決實際工程問題提供理論指導。 本書適閤於高等院校自動化、電氣工程、機械工程、航空航天、電子工程等專業本科生、研究生，以及從事相關領域研究和工程開發的科技人員閱讀。通過學習本書，讀者將能夠深刻理解自動控製係統的原理，掌握分析和設計各類控製係統的基本方法，為解決復雜工程問題打下堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

這本書的語言風格極其嚴謹，字裏行間透露齣一種對科學的敬畏感，但同時又保持瞭一種齣人意料的清晰度和可讀性。它用詞精準，拒絕任何模棱兩可的錶達，這對於學習工程技術學科至關重要。我注意到，作者在闡述一些比較底層的物理意義時，會偶爾使用一些類比手法，但這些類比都控製得恰到好處，既能幫助理解，又不會使概念失真。比如，在解釋係統的動態響應特性時，作者用到瞭“慣性”和“阻尼”兩個詞匯，並且精確地將其與實際機械係統中的質量和摩擦力聯係起來，這種跨學科的對照，極大地增強瞭概念的立體感。整本書的行文節奏把握得非常好，它不會因為追求詳盡而變得冗長拖遝，也不會因為追求簡潔而顯得晦澀難懂，始終保持著一種平衡的張力，使得閱讀體驗非常流暢，仿佛是與一位水平極高的同行在進行一對一的學術交流。

評分☆☆☆☆☆

從教材的“實用價值”來看，這本書的覆蓋麵和深度達到瞭一個非常理想的平衡點。它既能滿足初學者對基礎知識體係的構建需求，也能為進階學習者提供深入探究的參考價值。我發現，許多在後續的專業課程（比如最優控製、現代控製理論）中被當作已知前提引入的結論，這本書都給齣瞭詳盡的推導過程，這為我建立一個堅實而完整的知識底層架構提供瞭極大的幫助。它不像某些過於偏重理論的教科書，把所有精力都放在瞭抽象的數學推演上，導緻應用脫節；也不像某些過於偏重實踐的參考書，隻停留在“如何操作”的層麵而缺乏對“為什麼這樣操作”的深刻理解。這本書成功地搭建瞭一座理論與實踐之間的堅固橋梁，無論你未來的發展方嚮是偏嚮係統設計還是算法研發，它所提供的底層邏輯和分析工具都具有極強的普適性和生命力，是一本真正能“傳道授業解惑”的優秀著作。

評分☆☆☆☆☆

作為一本習題詳解類的書籍，它的“典型習題”部分簡直是神來之筆，完全跳脫瞭那種“標準答案式”的解析。很多同類書籍的習題解答，往往是冷冰冰的公式堆砌，看一遍也未必明白“為什麼”要這麼解。然而，這本書的解答過程卻充滿瞭“教學的溫度”。它不僅給齣瞭每一步計算的結果，更重要的是，它清晰地闡述瞭選擇該解法背後的思維邏輯和潛在的陷阱。比如，在處理非綫性係統的相平麵分析時，書中對不同平衡點的穩定性判斷，都詳盡地畫齣瞭相軌綫簇，並配有詳細的文字描述來解釋軌跡是如何演化和收斂的，這對於培養學生的係統思維能力至關重要。我個人最欣賞的是，它會時不時地穿插一些“名師點撥”或“易錯警示”，這些小小的提示，往往直指多年教學經驗中總結齣的學生普遍的思維誤區，簡直是“防患於未然”的最佳策略，讓我在做題時能提前規避很多不必要的彎路。

評分☆☆☆☆☆

這本書的內容組織邏輯，簡直像一位經驗豐富的老教師在為你量身定製學習路徑，它不是簡單地堆砌知識點，而是將抽象的控製係統概念，層層剝繭，由淺入深地引入。初學者可能一開始會被那些復雜的傳遞函數和狀態空間描述嚇到，但這本書的巧妙之處在於，它總能在引入新概念的同時，配以極其直觀的物理背景或工程實例來錨定理解。比如，它講解 PID 控製器的設計思想時，並非直接給齣復雜的數學推導，而是先用一個日常生活中常見的例子（比如恒溫水浴的控製），讓你建立起對比例、積分、微分作用的感性認識，然後再過渡到拉普拉斯變換和頻域分析。這種“先建立直覺，後完善理論”的敘事結構，極大地降低瞭入門的心理門檻。而且，作者在關鍵的數學推導環節，總會適當地留齣“空白”讓你思考，而不是一口氣灌輸所有細節，這種留白的設計，使得讀者在主動思考的過程中，更容易將知識內化，而不是被動地接受。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀設計簡直是工業時代的復古美學與現代印刷工藝的完美結閤，封麵那種略帶磨砂質感的深藍色調，配上燙金的字體，拿在手裏沉甸甸的，立刻就能感受到它厚重的學術分量。我記得第一次在書店看到它的時候，就被這種低調而內斂的氣質吸引瞭。內頁的紙張選擇也相當考究，不是那種刺眼的亮白，而是柔和的米白色，長時間閱讀下來眼睛也不會感到疲勞，這對於需要反復研讀復雜公式和電路圖的學科來說，簡直是福音。裝訂工藝非常紮實，即使我經常需要將書本平攤在桌麵上進行對照學習，書脊也沒有齣現任何鬆動的跡象，這在動輒就“散架”的教材市場裏，絕對算得上是良心之作。側邊書脊上的書名排版也很有章法，字體粗細搭配得當，即使是放在擁擠的書架上，也能一眼被精準定位。整體來看，這不僅僅是一本工具書，更像是一件值得珍藏的知識載體，它的外觀就已經為你接下來的學習旅程設定瞭一個嚴謹而專業的基調。每次翻開它，都能喚起一種對手工藝和知識尊重的儀式感，這在如今充斥著輕薄電子産品的時代，顯得尤為珍貴。