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廉振芳 等 著

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出版社： 北京理工大学出版社

ISBN：9787564065010

商品编码：29692742838

包装：平装

出版时间：2012-08-01

基本信息

书名：自动控制原理及应用

定价：46.00元

作者：廉振芳 等

出版社：北京理工大学出版社

出版日期：2012-08-01

ISBN：9787564065010

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.341kg

编辑推荐

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廉振芳等编著的《自动控制原理及应用》重点介绍了自动控制原理的经典控制理论部分，内容包括：自动控制系统的基本概念，自动控制系统的数学模型，自动控制系统的时域分析法，控制系统的频域分析法，自动控制系统的校正和自动控制原理的应用等。本书可作为高职高专自动控制相关专业的教材。

内容提要

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目录

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章 绪论 1.1 自动控制理论概述 1.2 自动控制系统的基本概念 1.2.1 自动控制系统的基本原理和基本概念 1.2.2 自动控制系统的控制方式 1.2.3 自动控制系统的组成 1.2.4 自动控制系统举例 1.3 自动控制系统的分类 1.3.1 按输入信号变化的规律分类 1.3.2 按系统传输信号对时间的关系分类 1.3.3 按系统的输出量和输入量间的关系分类 l.3.4 按系统中的参数对时间的变化情况分类 1.4 对自动控制系统的基本要求 1.5 自动控制系统实例分析 本章小结与练习第2章 拉普拉斯变换及其应用 2.1 拉普拉斯变换的概念 2.1.1 定义 2.1.2 常见函数的拉氏变换 2.2 常用的性质和定理 2.2.1 线性性质 2.2.2 微分定理 2.2.3 积分定理 2.2.4 位移性质(也称复位移性质) 2.2.5 延迟定理(也称实位移性质) 2.2.6 初值定理 2.2.7 终值定理 2.3 拉氏反变换 本章小结与练习第3章 控制系统的数学模型 3.1 控制系统的微分方程 3.1.1 电路系统 3.1.2 线性定常微分方程的求解 3.2 传递函数 3.2.1 传递函数的基本概念 3.2.2 传递函数的定义 3.2.3 传递函数的性质 3.2.4 传递函数的求法 3.3 典型环节的数学模型及其动态响应 3.3.1 比例环节 3.3.2 积分环节 3.3.3 微分环节 3.3.4 惯性环节 3.3.5 振荡环节 3.3.6 延迟环节 3.4 控制系统的动态结构图 3.4.1 动态结构图 3.4.2 动态结构图的绘制 3.4.3 动态结构图的等效变换和化简 3.4.4 信号流图与梅逊公式 3.5 自动控制系统的传递函数 3.5.1 闭环控制系统的开环传递函数 3.5.2 给定输入信号R(s)作用下的闭环传递函数 3.5.3 扰动信号Ⅳ(s)作用下的闭环传递函数 3.5.4 闭环系统的误差传递函数 本章小结与练习 任务训练1 任务训练2第4章 时域分析法 4.1 典型输入信号及性能指标 4.1.1 典型输入信号 4.1.2 典型初始状态 4.1.3 典型时间响应 4.1.4 系统性能指标的定义 4.2 一阶系统分析 4.2.1 一阶系统的数学模型 4.2.2 一阶系统的单位阶跃响应 4.2.3 一阶系统的单位阶跃响应的性能指标 4.3 二阶系统分析 4.3.1 二阶系统的数学模型 4.3.2 二阶系统的特征根及性质 4.3.3 二阶系统的单位阶跃响应 4.4 系统稳定性分析 4.4.1 稳定的基本概念 4.4.2 稳定的数学条件 4.4.3 劳斯判据 4.5 系统稳态误差分析 4.5.1 误差与稳态误差 4.5.2 稳态误差计算 4.5.3 系统型别 4.5.4 典型输入信号r(t)作用下的稳态误差与静态误差系数 4.5.5 干扰n(t)作用下的稳态误差 本章小结与练习 任务训练3 任务训练4第5章 控制系统的频域分析法 5.1 系统频率特性的基本概念 5.1.1 基本概念 5.1.2 频率特性的性质 5.1.3 频率特性的图形表示方法 5.2 典型环节的频率特性 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及绘制步骤 5.3.2 系统开环对数频率特性绘制举例 5.4 系统稳定性的频域分析 5.4.1 奈奎斯特稳定判据 5.4.2 对数频率稳定判据 5.4.3 稳定裕量 5.4.4 动态性能的频域分析 5.4.5 典型系统频域分析 本章小结与练习 任务训练5第6章 根轨迹法 6.1 根轨迹与根轨迹方程 6.1.1 根轨i亦的基本概念 6.1.2 根轨迹方程 6.2 绘制根轨迹的基本法则 6.2.1 根轨迹的个数 6.2.2 根轨迹的对称性 6.2.3 根轨迹的起点和终点 6.2.4 实轴上的根轨迹 6.2.5 根轨迹的渐近线 6.2.6 起始角与终止角 6.2.7 分离点 6.2.8 分离角与会合角 6.2.9 虚轴交点 6.2.10 根之和 6.3 控制系统的根轨迹分析法 6.3.1 闭环零、极点与阶跃响应的定 6.3.2 利用主导极点估算系统性能指标 6.3.3 根轨迹的改造对系统的影响 6.3.4 根轨迹法系统动态特性中的应用 本章小结与练习第7章 自动控制系统的校正 7.1 系统校正概述 7.1.1 系统校正的基本概念 7.1.2 系统校正的方式 7.1.3 常用校正装置 7.1.4 系统指标的确定 7.2 串联校正 7.2.1 比例(P)校正 7.2.2 比例一微分(PD)校正 7.2.3 比例一积分(PI)校正 7.2.4 比例一积分一微分(PID)校正 7.3 反馈校正 7.3.1 反馈校正的原理 7.3.2 反馈校正的分类与应用 7.4 复合校正 7.4.1 按输入补偿的复合校正 7.4.2 按扰动补偿的复合校正 7.5 自动控制系统的一般设计方法 7.5.1 自动控制系统设计的基本步骤 7.5.2 系统固有部分开环频率特性的确定 7.5.3 系统预期开环对数频率特性的确定 本章小结与练习第8章 直流调速系统 8.1 单闭环转速负反馈晶闸管直流调速系统 8.1.1 系统的组成 8.1.2 系统的框图 8.1.3 系统的自动调节过程 8.1.4 系统的性能分析 8.2 转速电流双闭环直流调速系统 8.2.1 双闭环直流调速系统的组成 8.2.2 系统动态结构图 8.2.3 双闭环直流调速系统的工作原理和自动调节过程 8.2.4 系统性能分析 8.2.5 系统的稳定性分析 8.2.6 双闭环直流调速系统的优点 8.2.7 给定积分器的应用 8.3 任务训练——转速电流双闭环直流调速系统设计实例 本章小结与练习 任务训练6参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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《信号与系统》 内容简介： 《信号与系统》一书深入探讨了工程和科学领域中普遍存在的信号和系统的基本概念、分析方法以及应用。本书旨在为读者提供一个坚实的理论基础，使他们能够理解和处理各种复杂系统，并为进一步学习更高级的主题奠定良好基础。 第一部分：信号的表示与分类 本书首先从信号的定义入手，阐述了信号作为信息载体的基本属性。我们将详细介绍连续时间信号和离散时间信号的数学表示方法，包括其在时间域和幅度上的特性。 连续时间信号： 讲解了周期信号、非周期信号、能量信号、功率信号、偶信号、奇信号等基本分类。通过实例，读者将掌握如何识别和描述不同类型的连续时间信号，例如正弦信号、指数信号、单位阶跃信号、单位冲激信号等。 离散时间信号： 引入了离散时间信号的概念，并详细介绍了序列、单位冲激序列、单位阶跃序列等基本离散信号。对比分析了连续时间信号和离散时间信号在表示和性质上的异同，为后续的系统分析奠定基础。 第二部分：系统的基本性质与表示 系统是信号处理的核心，本书将全面介绍系统的基本概念和分类。 系统性质： 深入分析了系统的基本性质，包括线性、时不变性、因果性、稳定性等。我们将通过严谨的数学推导和丰富的实例，帮助读者理解这些性质对系统行为的重要性，以及如何判断一个系统是否具备这些性质。例如，我们将展示如何利用叠加性和齐次性来检验系统的线性，如何通过输入信号的平移来判断系统的时不变性。 系统表示： 介绍了描述系统行为的两种主要数学工具：微分方程（对于连续时间系统）和差分方程（对于离散时间系统）。我们将详细讲解如何建立这些方程，以及如何利用它们来预测系统的输出。同时，也引入了算子表示法，为后续的系统分析提供更为抽象和通用的视角。 卷积： 重点讲解了卷积运算，这是理解线性时不变（LTI）系统至关重要的方法。本书将详细阐述连续时间卷积和离散时间卷积的定义、计算方法以及在系统分析中的应用。通过大量的例题，读者将熟练掌握卷积的求解过程，并理解卷积如何体现系统对输入信号的“记忆”和“响应”。 第三部分：频域分析——傅里叶变换 频域分析是理解信号和系统行为的另一重要维度。傅里叶变换是打开频域大门的钥匙。 傅里叶级数： 首先介绍了傅里叶级数，用于表示周期信号的频谱特性。我们将详细讲解连续周期信号的傅里叶级数展开，以及离散周期信号的离散傅里叶级数（DFS）。通过求解不同周期信号的傅里叶级数，读者将能够理解信号的频率成分是如何构成的。 傅里叶变换： 随后，本书将过渡到非周期信号的傅里叶变换。详细介绍连续时间傅里叶变换（FT）和离散时间傅里叶变换（DTFT）的定义、性质及其计算方法。我们将深入探讨傅里叶变换的共轭对称性、时移性、频移性、尺度变换性、积分性、微分性等重要性质，并展示这些性质在信号分析和系统设计中的应用。 频率响应： 重点讲解了LTI系统在频域的表现——频率响应。我们将解释频率响应如何表征系统对不同频率分量的放大或衰减作用，以及如何通过傅里叶变换来求解系统的频率响应。这对于理解滤波器的设计和分析至关重要。 第四部分：频域分析——拉普拉斯变换与Z变换 为了处理更广泛的信号和系统，特别是稳定性分析和复杂系统方程的求解，拉普拉斯变换和Z变换是不可或缺的工具。 拉普拉斯变换： 详细介绍单边拉普拉斯变换和双边拉普拉斯变换，包括其定义、收敛域（ROC）以及重要的性质。本书将强调收敛域在确定系统稳定性中的关键作用。我们将通过实例讲解如何计算常见信号的拉普拉斯变换，以及如何利用拉普拉斯变换求解线性常系数微分方程。 Z变换： 针对离散时间系统，本书详细介绍了Z变换及其性质，包括收敛域（ROC）。我们将重点分析Z变换在求解差分方程、分析离散系统稳定性以及理解离散系统的频率响应方面的应用。通过大量的例子，读者将能够熟练掌握Z变换的计算和应用。 第五部分：系统分析与综合 本部分将整合前几部分所学的知识，对系统进行深入的分析，并初步探讨系统的设计。 状态空间分析： 引入现代系统分析的重要工具——状态空间表示法。本书将讲解如何将连续时间和离散时间系统表示为一组一阶微分方程或差分方程的集合。我们将探讨状态变量的概念，以及如何利用状态空间方程来分析系统的可控性和可观测性，并给出相应的计算方法。 系统稳定性： 结合微分方程、差分方程、傅里叶变换、拉普拉斯变换和Z变换的分析，系统地阐述判断LTI系统稳定性的多种方法。我们将详细介绍劳斯-霍尔维茨判据、奈奎斯特判据、根轨迹法（初步）以及从极点位置判断稳定性等。 滤波器设计入门： 简要介绍滤波器在信号处理中的作用，并从基础概念出发，引导读者理解不同类型滤波器（如低通、高通、带通、带阻滤波器）的基本工作原理。 第六部分：应用实例与展望 本书的最后部分将通过一些实际的应用案例，展示信号与系统理论的强大威力。 通信系统简介： 介绍信号在通信系统中的产生、传输和接收过程，并初步探讨幅度调制（AM）、频率调制（FM）等基本调制技术。 数字信号处理初步： 介绍离散时间系统在数字信号处理中的应用，如采样、量化、重建等基本概念。 工程应用案例： 穿插一些来自不同工程领域的实际应用，如自动控制系统中的反馈控制（仅概念层面，不深入具体设计）、音频信号处理、图像处理等，以激发读者的学习兴趣，并帮助他们建立理论与实践的联系。 《信号与系统》一书结构严谨，内容翔实，配有大量的例题和习题，旨在培养读者扎实的理论功底和分析解决问题的能力。通过学习本书，读者将能够系统地掌握信号与系统的基本理论，并为他们在电气工程、通信工程、计算机科学、控制工程等相关领域内的深入学习和研究打下坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

我发现这本书对于非线性控制理论的处理，达到了相当高的水准，这在很多强调线性分析的教材中是很少见的。作者没有回避控制领域中必然存在的非线性现象，比如饱和、死区和摩擦力。书中关于相平面法和李雅普诺夫第二法的介绍，让我对如何分析那些无法通过线性化手段有效处理的问题有了清晰的思路。特别是对相平面法的应用，作者通过大量的例子，展示了如何通过绘制相轨迹来直观判断二阶系统的全局行为，这比单纯地看特征根要来得生动得多。此外，书中对于“滑模控制”的引入，虽然篇幅相对精炼，但已足够让有一定基础的读者掌握其核心思想——利用不连续的切换来增强系统的鲁棒性。这种对系统“真实面貌”的刻画，使得读者在面对复杂的机电耦合系统时，能有更全面的认识，避免过度依赖线性近似带来的潜在风险。这本书对于提高分析复杂系统的能力，确实起到了关键性的推动作用。

评分☆☆☆☆☆

这本《自动控制原理及应用》的阅读体验着实让我大开眼界，尤其是它对经典控制理论的阐述，简直是教科书级别的严谨。我一直觉得像传递函数、频率响应这些概念，在很多教材里都显得枯燥乏味，但这本书的处理方式却非常巧妙，它没有仅仅停留在数学模型的推导上，而是深入挖掘了这些模型背后的物理意义。比如，在讲解根轨迹法时，作者不仅给出了绘制的规则，更重要的是，解释了根轨迹变化如何直观地反映出系统稳定性和瞬态响应的变化趋势，这对于工程实践者来说至关重要。我记得有一次在设计一个伺服系统时，遇到了相位裕度和增益裕度难以平衡的问题，翻阅这本书关于频域分析的部分，特别是伯德图和奈奎斯特图的解读，让我茅塞顿开。书里对于如何通过图形判断系统对外部干扰的抑制能力，以及如何通过调整PID参数来优化系统的动态性能，都有非常详尽的案例分析。这种理论与实践紧密结合的写作风格，使得即便是初学者也能逐步建立起对控制系统稳定性的深刻理解，而不是仅仅停留在公式的记忆上。它构建了一个坚实的理论基础，让人在面对复杂的、非线性的实际工程问题时，能够有信心去拆解和建模。

评分☆☆☆☆☆

我必须得说，这本书在现代控制理论的介绍方面，展现出了极高的前瞻性和深度。相较于传统控制理论的侧重点，这本书花了大量的篇幅去探讨状态空间表示法及其在现代工程中的应用。状态变量的选择，李雅普诺夫稳定性理论的引入，以及如何设计最优控制器（比如LQR），这些内容在其他很多教材中往往是一笔带过，但在这里却被系统而深入地讲解。我尤其欣赏作者在讲解可控性和可观性时的论述，它不仅仅是定义上的介绍，而是通过具体的系统矩阵（A, B, C, D）的结构，让读者理解一个系统在多大程度上可以被我们的控制输入所影响，以及我们能从哪些传感器反馈中获取到足够的信息。这对于设计复杂的、多输入多输出（MIMO）系统至关重要。我曾在处理一个航空姿态控制问题时，发现传统的传递函数方法已经捉襟见肘，是这本书里关于极点配置和状态反馈的章节，为我指明了方向。书中关于“观测器设计”，比如卡尔曼滤波在估计不可测状态量上的应用，讲解得尤其透彻，理论推导严谨，案例也贴近实际的噪声环境，使得我能够自信地将理论成果转化为实际的算法实现。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和逻辑结构设计，体现了作者极强的教学经验。它不是那种将所有复杂的数学推导堆砌在一起的理工科著作，而是循序渐进，步步为营。刚开始的部分用非常直观的物理系统例子，比如机械臂、加热炉，来引出反馈控制的概念，这极大地降低了入门的门槛。每一次引入一个新的数学工具，比如拉普拉斯变换或者Z变换，作者都会花时间去解释它在控制系统分析中的“作用”和“意义”，而不是直接跳到公式应用。我特别喜欢它在每一个章节末尾设置的“工程启示录”栏目，这些小结往往总结了本章理论在实际工业控制系统（如DCS或PLC环境）中的常见误区和最佳实践。例如，在讨论离散时间系统时，书中不仅详细对比了零阶保持器和一阶保持器的误差特性，还特别强调了采样周期的选择对系统稳定性的微妙影响。这种注重“如何用好”胜过“如何推导出”的风格，让这本书的实用价值远超一般学术专著。

评分☆☆☆☆☆

最让我感到惊喜的是这本书对于“鲁棒性”和“自适应控制”等前沿主题的融入。在当前工程界对系统可靠性要求越来越高的背景下，仅仅保证系统在标称参数下的稳定性是远远不够的。这本书对此进行了非常到位的探讨。关于鲁棒控制，书中对$mu$综合分析和H-infinity范数控制的基本思想进行了清晰的介绍，虽然数学推导可能需要读者具备高等代数和优化理论的基础，但作者提供了一种“设计目标导向”的理解路径，即我们最终的目的是限制系统对不确定性的敏感度。而在自适应控制部分，书中对比了间接自适应和直接自适应的优缺点，以及参数辨识在其中的核心地位。这部分内容让我认识到，未来的控制系统不再是“一成不变”的，而是能够根据环境变化主动调整自身的策略。这本书成功地架起了从经典理论到面向未来高可靠、高智能控制系统之间的桥梁，对于希望站在行业前沿的工程师来说，是不可多得的参考资料。