自动控制原理与系统 9787564072575 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

叶明超黄海 著

图书标签:

• 自动控制
• 控制原理
• 系统分析
• 数学模型
• 反馈控制
• 线性系统
• 时域分析
• 频域分析
• 控制系统设计
• 经典控制

店铺： 韵读图书专营店

出版社： 北京理工大学出版社

ISBN：9787564072575

商品编码：29658153090

包装：平装

出版时间：2013-02-01

图书基本信息
图书名称	自动控制原理与系统	作者	叶明超黄海
定价	48.00元	出版社	北京理工大学出版社
ISBN	9787564072575	出版日期	2013-02-01
字数		页码
版次	1	装帧	平装
开本	12k	商品重量	0.422Kg

内容简介

《自动控制原理与系统(第2版)》由叶明超、黄海主编，介绍了经典控制理论的基本概念、基本理论和控制系统的基本分析方法及实际应用。主要内容有：自动控制的基本概念、控制系统的数学模型、控制系统的时域分析法和频域分析法、控制系统的校正、直流调速系统、直流脉宽调速系统、位置随动系统、交流变频调速系统、控制系统实例介绍等。各章均配有内容提要、小结和大量习题。 本书中给出了大量的应用实例，并针对实例中的问题由浅入深地给出了解决方法。全书力求突出物理概念、定性分析，回避烦琐的数学推导，叙述深入浅出，通俗易懂。 《自动控制原理与系统(第2版)》可作为普通高校电气技术、自动化技术、机电一体化技术以及电子技术等电类专业学生的教学用书，也可作为从事自动化工作的工程技术人员的参考用书。

作者简介

目录

章　自动控制的基本概念 1.1 自动控制理论概述 1.2 简要历史 1.3 自动控制系统的组成 1.3.1 人工控制与自动控制 1.3.2 自动控制的基本概念与组成 1.3.3 系统术语 1.3.4 自动控制系统的方块图表示 1.4 自动控制系统的分类 1.4.1 开环控制系统和闭环控制系统 1.4.2 定值、随动和程序控制系统 1.4.3 线性和非线性控制系统 1.4.4 连续和离散控制系统 1.4.5 单变量和多变量控制系统 1.5 自动控制系统举例 1.5.1 温度控制系统 1.5.2 位置随动系统 1.5.3 自动调速系统 1.6 自动控制系统的基本要求 1.7 本课程的学习任务与学习要求 本章小结 习题1 第2章　拉普拉斯变换及其应用 2.1 拉氏变换的概念 2.2 拉氏变换的运算定理 2.3 拉氏反变换 2.4 拉氏变换应用举例 本章小结 习题2 第3章　自动控制系统的数学模型 3.1 控制系统的微分方程 3.1.1 控制系统微分方程的建立 3.1.2 控制系统微分方程的求解 3.2 传递函数 3.2.1 传递函数的定义 3.2.2 传递函数的求取 32.3 传递函数的性质 3.3 控制系统的动态结构图 3.3.1 动态结构图的组成与画法 3.3.2 动态结构图的等效变换及化简 3.3.3 用公式法求传递函数 3.4 典型环节的数学模型及阶跃响应 3.4.1 典型环节的数学模型 3.4.2 典型环节的传递函数及阶跃响应 3.5 控制系统的传递函数 本章小结 习题3 第4章　控制系统的时域分析法 4.1 典型控制过程及性能指标 4.1.1 典型初始状态 4.1.2 典型输入信号 4.1.3 阶跃响应的性能指标 4.2 一阶系统的时域分析 4.3 二阶系统的时域分析 4.4 系统稳定性分析 4.4.1 稳定的基本概念 4.4.2 线性系统稳定的充分必要条件 4.4.3 劳斯稳定判据 4.4.4 两种特殊情况 4.4.5 劳斯稳定判据在系统分析中的应用 4.5 稳态性能的时域分析 4.5.1 稳态误差的基本概念 4.5.2 系统类型 4.5.3 参考输入信号作用下的稳态误差 4.5.4 扰动输入信号作用下的稳态误差 本章小结 习题4 第5章　控制系统的频域分析法 5.1 频率特性的概念 5.1.1 频率特性的基本概念 5.1.2 频率特性与传递函数的关系 5.1.3 频率特性的性质 5.1.4 频率特性的图形表示方法 5.2 典型环节的伯德图 5.2.1 比例环节 5.2.2 积分环节 5.2.3 微分环节 5.2.4 惯性环节 5.2.5 比例微分环节 5.2.6 振荡环节 5.2.7 一阶不稳定环节 5.2.8 小相位系统的概念 5.3 系统开环对数频率特性曲线的绘制 5.3.1 系统开环对数频率特性曲线绘制的一般步骤 5.3.2 开环对数频率特性曲线绘制举例 5.4 系统稳定性的频域分析 5.4.1 对数频率稳定判据 5.4.2 稳定裕量 5.5 动态性能的频域分析 5.5.1 三频段的概念 5.5.2 典型系统 本章小结 习题5 第6章　自动控制系统的校正 6.1 常用校正装置 6.1.1 无源校正装置 6.1.2 有源校正装置 6.2 串联校正 6.2.1 串联比例校正 6.2.2 串联比例微分校正 6.2.3 串联比例积分校正 6.2.4 串联比例积分微分校正 6.3 反馈校正 6.4 前馈控制的概念 本章小结 习题6 第7章　直流调速系统 7.1 直流调速系统概述 7.1.1 直流调速系统的基本概念 7.1.2 直流调速的三种方式 7.1.3 调压调速的三种主要形式 7.1.4 直流调速系统的性能指标 7.2 单闭环直流调速系统 7.2.1 闭环调速系统常用调节器 7.2.2 单闭环直流调速系统 7.2.3 无静差调速系统概述及积分控制规律 7.3 带电流截止负反馈的闭环调速系统 7.3.1 电流截止负反馈的引入 7.3.2 带电流截止负反馈的闭环调速系统静特性 7.3.3 带电流截止负反馈的闭环调速系统启动过程 7.4 闭环调速系统设计实例 本章小结 习题7 第8章　PWM直流脉宽调速系统 8.1 直流脉宽调制电路的工作原理 8.1.1 不可逆、无制动力PwM变换器 8.1.2 不可逆、有制动力PwM变换器 8.1.3 可逆PWM变换器 8.2 脉宽调速系统的控制电路 8.2.1 直流脉宽调制器 8.2.2 逻辑延时电路 8.2.3 基极驱动电路和保护电路 8.3 PwM直流调速装置的系统分析 8.3.1 总体结构 8.3.2 PwM脉宽调制变换器的传递函数 8.3.3 系统分析 8.4 由PwM集成芯片组成的直流脉宽调速系统实例 8.4.1 SGl731芯片简介 8.4.2 由sGl731组成的直流调速系统。本章小结 习题8 第9章　位置随动系统 9.1 位置随动系统组成及其基本特征 9.1.1 位置随动系统的组成 9.1.2 位置随动伺服系统的分类 9.1.3 随动伺服系统的控制方式 9.2 位置伺服系统的部件功能及工作原理 9.2.1 位置检测元件 9.2.2 执行元件 9.2.3 相敏整流与滤波电路 9.2.4 放大电路 9.3 位置随动伺服系统的控制特点与实例分析 9.3.1 系统组成原理图 9.3.2 系统组成框图 9.3.3 系统自动调节过程 9.4 位置伺服系统的控制性能分析与校正设计 9.4.1 系统的稳态性能分析 9.4.2 系统的动态性能分析 本章小结 习题9 0章　异步交流电动机变频调速系统 10.1 交流变频调速的基本概念 10.1.1 交流调速系统简介 10.1.2 交流变频调速的基本控制方式 10.2 标量控制的变频调速系统 10.2.1 控制输出电压的方式 10.2.2 U/F比例控制方式 10.2.3 转差频率控制方式 10.3 矢量控制的调速系统 10.3.1 基于转差频率控制的矢量控制方式 10.3.2 无速度传感器的矢量控制方式 10.4 脉宽调制型交流变频调速系统 10.4.1 PWM型变频器工作原理 10.4.2 PwM型变频调速系统的主电路 10.4.3 PwM型变频调速系统的控制电路 本章小结 习题10 1章　复杂自控系统建模实例——两轮自平衡小车 11.1 两轮自平衡小车简介 11.2 两轮自平衡小车的工作原理 11.3 倒立摆的分类及研究的意义 11.3.1 倒立摆的分类 11.3.2 倒立摆研究的意义 11.4 倒立摆模型——复杂控制系统的研究方法 11.4.1 控制理论的发展历程及系统控制的基本方法 11.4 ，2非线性系统的线性化方法 11.5 自平衡小车的硬件组成及建模分析 11.5.1 自平衡小车的系统结构 11.5.2 自平衡小车系统的硬件组成及实现 11.6 两轮自平衡小车的建模 11.6.1 小车车体的运动分析 11.6.2 动力学建模 11.7 系统非线性模型的线性化 11.7.1 基于泰勒级数的近似线性化方法求解过程 11.7.2 对具体两轮自平衡小车的近似化线性模型 11.8 不同的线性化模型的Matlab性能仿真比较 11.8.1 两种模型的可控角范围比较 11.8.2 在可控范围内的性能比较 11.8.3 系统抗干扰能力的比较 11.8.4 灵敏度的比较 本章小结 附录 附录一自动控制原理虚拟实验系统的开发与应用 附录二自动控制技术常用术语中、英文对照 参考文献

编辑推荐

文摘

序言

《现代控制理论及其应用》 内容简介 《现代控制理论及其应用》是一部深度探讨现代控制系统理论及其广泛工程应用的著作。本书旨在为读者提供一个系统、全面且深入的理解，从基础理论出发，逐步进阶到复杂的分析和设计方法，并最终展示这些理论在实际工程问题中的强大威力。全书内容涵盖了连续时间系统和离散时间系统的理论，并注重培养读者解决实际工程问题的能力。 第一部分：系统建模与基本概念 本书的开篇，我们将从系统的基本概念和建模方法入手。首先，系统是什么？它如何被抽象和描述？我们将介绍系统在工程领域中的普遍性，以及建立数学模型在理解和控制系统行为中的重要性。 1.1 物理系统的描述与数学建模 我们将详细阐述如何将现实世界的物理系统（如机械系统、电路系统、热力系统、流体系统等）转化为可以用数学语言描述的模型。这包括： 微分方程建模： 针对连续时间系统，我们将重点介绍如何利用物理定律（如牛顿定律、基尔霍夫定律、能量守恒定律等）推导出描述系统动态行为的常微分方程。我们会从简单的质量-弹簧-阻尼系统出发，逐步深入到更复杂的机电一体化系统、航空航天系统等。 差分方程建模： 对于离散时间系统，特别是在数字控制领域，差分方程是描述系统行为的核心工具。我们将讲解如何将连续时间系统离散化，或者直接从离散时间过程（如采样数据）出发建立差分方程模型。 传递函数与系统函数： 引入拉普拉斯变换和Z变换，我们将讲解如何从微分方程或差分方程得到系统的传递函数（对于连续时间系统）和系统函数（对于离散时间系统）。传递函数和系统函数是描述系统输入输出关系的强大工具，它们能够直观地反映系统的动态特性，如极点、零点、增益等。 状态空间描述： 作为现代控制理论的核心，状态空间方法将提供一种更全面、更强大的系统描述方式。我们将介绍状态变量的选择原则，以及如何建立描述系统内部状态演变的向量微分方程（或差分方程）。状态空间描述能够处理多输入多输出（MIMO）系统，并为现代控制理论的许多高级技术奠定基础。 1.2 线性系统与非线性系统 本书将区分线性和非线性系统，并重点关注线性时不变（LTI）系统，因为它们是控制理论研究的基础，并且许多复杂的非线性系统可以通过线性化技术进行近似分析。同时，我们也会探讨非线性系统的一些基本特性和分析方法，为更高级的研究铺垫。 线性系统的性质： 叠加原理、齐次性等线性系统的基本性质。 非线性系统的挑战： 非线性系统行为的复杂性，如多重平衡点、周期解、混沌等，以及对其分析的困难。 1.3 系统性能指标 为了评估和设计控制系统，我们需要明确衡量系统性能的标准。我们将深入探讨以下关键性能指标： 瞬态响应指标： 描述系统在受到阶跃输入等瞬态扰动时的动态行为，包括上升时间、峰值时间、超调量、调节时间等。 稳态响应指标： 描述系统在长期运行后达到稳定状态时的表现，如稳态误差。 稳定性： 这是控制系统的首要要求。我们将介绍不同类型的稳定性，包括BIBO稳定性（有界输入，有界输出稳定性）以及李雅普诺夫稳定性。 第二部分：系统分析与稳定性 在建立系统模型之后，分析系统的行为至关重要。本部分将聚焦于系统分析，特别是稳定性分析，这是设计有效控制器之前的关键步骤。 2.1 稳定性分析 稳定性是任何控制系统都必须具备的基本属性。一个不稳定的系统将导致输出发散，无法实现预期功能，甚至可能造成危险。 代数稳定性判据： 劳斯-赫尔维茨判据（Routh-Hurwitz Criterion）： 针对连续时间系统的特征方程（多项式），本方法通过构造一个判据表，无需求解特征方程的根，即可判断系统的稳定性。我们将详细讲解判据表的构造规则和稳定性的判断方法。 朱里判据（Jury Criterion）： 类似于劳斯-赫尔维茨判据，朱里判据是用于判断离散时间系统稳定性的代数方法，它基于离散系统特征多项式的系数。 根轨迹法（Root Locus Method）： 根轨迹法是一种图形分析方法，用于研究反馈系统中开环传递函数（或系统函数）的极点（系统闭环极点）随开环增益变化的轨迹。通过观察根轨迹的形状，可以直观地了解系统稳定性的变化趋势，以及参数变化对系统瞬态响应的影响。我们将详细介绍绘制根轨迹的规则和步骤。 频率响应分析法： 奈奎斯特判据（Nyquist Criterion）： 基于复平面上的开环传递函数频率响应曲线（奈奎斯特图），判据可以判断闭环系统的稳定性，特别适用于具有延迟的系统，并且对于实际系统参数的不确定性也有一定的鲁棒性。 伯德图（Bode Plot）： 伯德图是将幅频特性和相频特性分别绘制在不同坐标轴上，直观地展示系统在不同频率下的增益和相位变化。我们将介绍如何通过伯德图分析系统的幅裕和相裕，从而评估系统的稳定性裕度。 状态空间稳定性分析： 特征值分析： 对于状态空间描述，系统的稳定性直接取决于状态向量微分方程（或差分方程）的系数矩阵（A矩阵）的特征值。我们将介绍如何计算特征值，并根据特征值的位置（实部为负或模小于1）判断系统的稳定性。 李雅普诺夫稳定性理论（Lyapunov Stability Theory）： 李雅普诺夫理论提供了一种不需要求解微分方程即可判断系统稳定性（包括平衡点的稳定性）的通用方法。我们将介绍李雅普诺夫第一法（直接法）和第二法（能量函数法），以及它们在判断线性系统和部分非线性系统稳定性中的应用。 2.2 系统性能的进一步分析 系统的可控性与可观性： 可控性（Controllability）： 衡量通过施加适当的输入信号，能否将系统从任意初始状态驱动到任意目标状态的能力。 可观性（Observability）： 衡量通过测量系统的输出，能否推断出系统内部状态的能力。 可控性和可观性是设计状态反馈控制器和状态观测器的前提条件，我们将介绍判断可控性和可观性的代数判据（如秩判据）。 第三部分：控制器设计 本部分是本书的核心内容之一，将介绍如何根据系统特性和性能要求设计控制器，以改善系统的动态性能和鲁棒性。 3.1 PID控制器设计 比例-积分-微分（PID）控制器是工业界最广泛使用的控制器类型。我们将详细介绍PID控制器的原理，包括比例（P）作用、积分（I）作用和微分（D）作用对系统性能的影响。 PID参数整定方法： 经验方法： 如试凑法、步进响应法。 理论方法： 如齐格勒-尼科尔斯（Ziegler-Nichols）整定法。 基于性能指标的整定： 如ISO、IAE等。 PID控制器的改进： 如抗积分饱和、抗微分延迟等。 3.2 根轨迹设计法 根轨迹设计法不仅用于分析，更是强大的设计工具。通过在开环传递函数中引入控制器（如超前、滞后或超前-滞后校正器），可以改变闭环极点的位置，从而达到设计目标。 超前校正： 改善系统的响应速度和稳定性裕度。 滞后校正： 减小系统的稳态误差，但可能降低系统响应速度。 超前-滞后校正： 综合两者的优点，同时改善稳态和动态性能。 3.3 频率响应设计法 频率响应设计法利用伯德图等工具来设计控制器，以满足幅裕和相裕等频率域的性能指标。 超前校正器设计： 在伯德图上实现对系统相位的提升。 滞后校正器设计： 在伯德图上实现对系统增益的衰减，同时最小化相位损失。 PID控制器在频率域的设计。 3.4 状态反馈与状态观测器设计 基于状态空间描述，状态反馈控制器能够实现更优越的控制性能，并且能够灵活地设计闭环系统的极点位置，从而精确地控制系统的动态行为。 极点配置（Pole Placement）： 利用状态反馈，将闭环系统的所有极点配置到期望的位置，实现任意动态性能的闭环系统。我们将介绍阿克曼公式（Ackermann’s formula）等计算状态反馈增益矩阵的方法。 状态观测器（State Observer）： 当系统状态变量无法直接测量时，需要设计状态观测器来估计系统的状态。我们将介绍观测器的基本原理，以及常见的观测器类型，如最小阶观测器和全阶观测器。 分离原理（Separation Principle）： 结合状态反馈和状态观测器，可以设计出性能优良的闭环控制系统，并且控制器的设计可以独立于观测器的设计。 3.5 离散时间系统控制器设计 在数字控制系统中，控制器通常是数字实现的，因此需要针对离散时间系统进行控制器设计。 离散时间PID控制器。 离散时间根轨迹设计。 离散时间状态反馈与观测器设计。 第四部分：先进控制理论与应用 在掌握了基础的控制理论之后，本书将进一步介绍一些更先进的控制理论和方法，以及它们在实际工程中的应用。 4.1 最优控制 最优控制理论旨在找到使某个性能指标（如能量消耗、响应时间、误差积分等）达到最优的控制律。 性能指标函数。 变分法基础。 庞特里亚金最小化原理（Pontryagin’s Minimum Principle）。 动态规划与贝尔曼方程（Bellman Equation）。 线性二次型调节器（Linear Quadratic Regulator, LQR）： 一种经典的、广泛应用的线性最优控制方法，旨在最小化二次型性能指标。 4.2 鲁棒控制 实际系统中总是存在模型不确定性和外部干扰，鲁棒控制旨在设计能够处理这些不确定性的控制器，保证系统在一定范围内的稳定性与性能。 模型不确定性的描述。 H-无穷（H-infinity）控制简介。 μ-分析简介。 4.3 非线性控制 对于一些无法通过线性化有效描述的复杂系统，需要采用非线性控制方法。 反馈线性化。 滑模控制（Sliding Mode Control, SMC）。 自适应控制（Adaptive Control）简介。 4.4 系统辨识 在许多情况下，精确的系统模型难以获得。系统辨识是利用测量到的输入输出数据来估计系统模型参数的方法。 模型结构的选择。 辨识算法（如最小二乘法）。 4.5 控制工程应用实例 为了加深读者对理论知识的理解，本书将穿插或在末尾列举大量的工程应用实例，涵盖： 机器人控制： 关节控制、路径规划。 航空航天： 飞机姿态控制、导弹制导。 过程控制： 化工反应器温度、压力控制。 电力系统： 发电机调速器。 汽车电子： ABS、ESP系统。 工业自动化： 机械臂、流水线控制。 总结 《现代控制理论及其应用》不仅仅是一本理论书籍，更是一本实践指南。通过本书的学习，读者将不仅掌握控制工程的核心理论知识，更能理解这些理论在解决实际工程问题中的强大生命力。我们力求以清晰的逻辑、严谨的推导和丰富的实例，帮助读者构建一个完整的控制工程知识体系，并为进一步深入研究打下坚实的基础。本书适合于自动化、电气工程、机械工程、航空航天等相关专业的本科生、研究生，以及从事控制系统设计、开发和应用的工程师。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和图示设计简直是一场视觉盛宴，对于一个偏爱视觉化学习的人来说，这简直是莫大的福音。很多控制理论的书，图表都是黑白、拥挤且信息量爆炸，让人望而生畏。然而，这本教材中的每一个波特图、奈奎斯特图，甚至是状态空间图，都绘制得清晰明了，色彩的运用恰到好处地突出了关键信息。更重要的是，配套的仿真示例和结果展示，能够让你直观地看到参数微小变动对系统动态响应产生的巨大影响。这种强烈的直观感受，比单纯的数学推导更能加深理解。我甚至可以想象，在编写课程PPT或者进行课题汇报时，直接引用书中的高质量图例，都能大大提升专业度。细节决定成败，这本书在细节处理上体现了极高的专业素养。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直是为我这种初学者量身定做的入门指南！我记得我刚开始接触这个领域的时候，面对那些密密麻麻的数学公式和抽象的概念，简直是头大。但是这本《自动控制原理与系统》完全不一样，它用非常生动形象的语言和大量的实例，把那些复杂的理论讲得透彻明白。特别是对于反馈控制系统的分析部分，作者似乎特别擅长将复杂的数学模型与实际工程问题联系起来，让我一下子就抓住了问题的核心。我特别喜欢它在讲解传递函数和频率特性分析时的那种循序渐进的节奏感，不会让你有任何知识断层。读完前几章，我立刻就有信心去尝试自己搭建一个简单的控制模型了。它不是那种高高在上、只适合专家阅读的学术著作，而是真正关心读者能否理解并应用知识的优秀教材。如果有人想进入这个领域，我墙裂推荐从这本书开始，绝对能帮你打下最坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

如果说这是一部教科书，那它更像是一本精心编排的哲学著作，它引导你用一种全新的、系统的思维方式去看待世界上的“动态”问题。我关注的重点往往是模型的建立和系统的行为模式，这本书在系统建模方面展现出了极高的水准。它没有将系统视为孤立的数学实体，而是将其置于一个更宏大的背景下——从物理实体到数学描述，再到最终的性能评估，逻辑链条异常清晰。我尤其欣赏它在描述非线性系统和时变系统时的那种谨慎和严谨，避免了过度简化带来的误导。阅读它，不仅仅是在学习控制原理，更是在培养一种严谨的科学态度，学会如何将现实世界的模糊性提炼成精确的数学语言，这种能力在任何交叉学科中都是无价之宝。

评分☆☆☆☆☆

我是一位有着多年工程实践经验的工程师，坦白说，市面上很多教科书过于偏重理论推导而忽略了实际应用中的“陷阱”和“捷径”。这本书的价值恰恰在于它在理论深度和工程实用性之间找到了一个完美的平衡点。书中对于根轨迹法在复杂系统设计中的应用，那种深入骨髓的洞察力，让我这个老兵都感到佩服。它不仅告诉你“怎么做”，更告诉你“为什么”要这么做，以及在不同工况下这种方法可能出现的局限性。尤其是在讨论鲁棒性设计和先进控制方法（比如自适应控制的初步介绍）时，作者没有止步于教科书式的描述，而是融入了许多实际案例分析，这些案例往往都是我在实际项目中遇到过的难题。这种结合了理论高度和实战经验的写作风格，使得这本书对于提升我的设计优化能力有着立竿见影的效果。

评分☆☆☆☆☆

老实讲，我买过好几本不同版本的控制理论书籍，但大多都停留在传统的拉普拉斯变换和经典控制理论的范畴内。这本《自动控制原理与系统》的独到之处在于，它成功地将现代控制理论的精髓以一种非常平易近人的方式融入了整体框架中。比如，它对状态变量法（State-Space Representation）的介绍，既保留了其数学上的优美性，又清晰地阐述了它在多输入多输出（MIMO）系统分析中的巨大优势。对于我们这些需要接触复杂机械臂或航空航天系统的研究者来说，掌握状态空间描述是至关重要的。这本书的章节编排非常巧妙，它不是将现代控制作为附录或选读部分，而是将其视为当代控制理论的核心，这一点让我感到非常满意，它确保了读者知识体系的前沿性和完整性。