高等学校电气类系列教材：自动控制原理(第2版) pdf epub mobi txt 电子书下载 2025

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张希周著

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店铺：广影图书专营店

出版社：重庆大学出版社

ISBN：9787562429807

商品编码：29701490755

包装：平装

出版时间：2003-10-01

具体描述

基本信息

书名:高等学校电气类系列教材：自动控制原理(第2版)

定价：25.00元

售价：17.0元,便宜8.0元,折扣68

作者:张希周

出版社：重庆大学出版社

出版日期：2003-10-01

ISBN：9787562429807

字数：

页码：227

版次：2

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

《高等学校电气类系列教材：自动控制原理（第2版）》可作为工业电气自动化、电力系统自动化、计算机等电类专业的专科教材，也可作为其他有关专业学生及从事自动控制方面工作的工程技术人员的参考书或电大、职大、夜大的教材。

内容提要

《高等学校电气类系列教材：自动控制原理（第2版）》主要介绍经典控制理论的基本内容，包括自动控制系统的基本概念，数学模型，系统时域分析法，根轨迹法，频率法，系统校正，非线性控制系统和采样控制系统。

章自动控制系统的基本概念
1.1 自动控制和自动控制系统
1.2 自动控制系统的方框图与基本环节
1.3 自动控制系统的基本类型
1.4 对自动控制系统的要求及本课程的基本任务
小结
思考题及习题

第2章控制系统的数学模型
2.1 动态微分方程的建立
2.2 传递函数
2.3 系统动态结构图
2.4 结构图的等效变换及系统传递函数
小结
思考题
习题

第3章时域分析法
3.1 典型输入信号和时域性能指标
3.2 控制系统的稳定性分析
3.3 控制系统的暂态响应分析
3.4 控制系统的稳态误差分析
小结
思考题及习题

第4章根轨迹法
4.1 根轨迹的基本概念及绘制条件
4.2 绘制根轨迹的基本规则
4.3 根轨迹绘制举例
4.4 参量根轨迹的绘制
4.5 用根轨迹法分析自动控制系统
4.6 根轨迹的改造
小结
习题

第5章频率法
5.1 频率特性
5.2 频率特性的极坐标图
5.3 奈奎斯特（Nyquist）稳定性判据
5.4 系统稳定的性能指标
5.5 频率特性的对数坐标图（Bode图）
5.6 系统的Bode图分析
5.7 二阶系统的频率特性与ζ的关系
5.8 闭环幅频特性的描绘
小结
思考题及习题

第6章控制系统的综合校正
6.1 系统校正概述
6.2 常用校正装置及其特性
6.3 用根轨迹法进行串联校正
6.4 用频率法进行串联校正
6.5 按希望模型进行串联校正
6.6 局部反馈校正
6.7 复合校正
小结
习题

第7章非线性控制系统
7.1 典型非线性特性及其对系统性能的影响
7.2 描述函数法
7.3 用描述函数法研究非线性控制系统
小结
习题

第8章采样控制系统
8.1 采样控制系统的基本概念
8.2 采样过程与采样定理
8.3 z变换
8.4 采样控制系统的数学模型
8.5 采样控制系统的时域分析
小结
思考题及习题
附录
参考文献

作者介绍

文摘

序言

《自动控制原理（第2版）》内容简介本书是高等学校电气类系列教材中的一本，旨在系统、深入地阐述自动控制的基本理论、方法与应用。全书共分为十四章，内容涵盖了从经典控制理论到现代控制理论的各个重要方面，力求为读者构建一个扎实的自动控制知识体系，并为进一步学习和研究相关领域奠定坚实的基础。第一章绪论本章作为全书的开篇，首先对自动控制的基本概念进行界定，包括什么是控制系统，控制系统的组成要素（被控对象、控制器、传感器、执行器等），以及自动控制的意义和发展历程。通过引入典型的应用实例，如家用空调的温度控制、工业生产过程的自动化等，使读者对自动控制有一个直观的认识。接着，详细阐述了自动控制系统的基本分类，包括开环控制系统与闭环控制系统、线性系统与非线性系统、连续系统与离散系统等，并重点分析了闭环控制系统（反馈控制系统）的核心优势。最后，对自动控制在现代社会中的地位和作用进行概括，强调了其在国民经济、国防科技以及日常生活中的重要性，并对本书的学习目标和内容结构做了简要介绍，引导读者进入自动控制的广阔天地。第二章控制系统的数学模型建立准确的数学模型是分析和设计自动控制系统的基础。本章首先介绍了描述动态系统的主要数学工具，包括微分方程、传递函数和方块图。对线性定常系统的微分方程表示法进行详细讲解，并引出拉普拉斯变换在求解微分方程中的重要作用。在此基础上，着重阐述了传递函数的概念、性质及其推导方法，这是分析和设计线性系统不可或缺的工具。读者将学习如何从物理模型（如RLC电路、机械系统等）出发，通过列写运动方程并进行拉普拉斯变换，最终得到系统的传递函数。同时，本章还介绍了系统方块图的绘制和简化方法，以直观地表示系统各组成部分的相互关系，便于进行系统分析。此外，为了更全面地描述系统，还引入了系统零、极点的概念，并初步探讨了它们对系统性能的影响。第三章线性系统时域分析时域分析是研究系统输入输出之间时间响应关系的直接方法。本章首先从分析系统的动态特性入手，介绍了单位阶跃响应、单位脉冲响应等典型输入信号对系统响应的影响。在此基础上，深入分析了具有典型动态环节（如比例环节、积分环节、微分环节、一阶惯性环节、二阶惯性环节等）的系统在不同输入下的响应特点。对于工程中更为重要的二阶系统，本章详细讨论了阻尼系数和无阻尼自然频率这两个参数如何决定系统的超调量、调节时间和稳态误差等关键性能指标，并引入了欠阻尼、临界阻尼和过阻尼等概念。通过这些分析，读者将能够理解系统在不同参数下的行为表现，并初步掌握根据时域性能要求来初步选择系统参数的方法。第四章线性系统根轨迹法根轨迹法是一种直观的图解分析方法，用于分析系统开环极点变化时，闭环极点（系统稳定性与动态性能的关键）的变化轨迹。本章首先阐述了根轨迹法的基本原理，即当系统某个参数（通常是开环增益）从零变化到无穷大时，闭环极点所描绘出的轨迹。接着，详细讲解了绘制根轨迹的步骤和规则，包括根轨迹的起点和终点、与实轴的交点、渐近线、分离开n合点以及幅角原理等。通过这些规则，读者可以准确地绘制出闭环系统的根轨迹图。根轨迹法的核心意义在于，它能够直观地展示开环增益变化对系统稳定性和动态性能的影响，例如如何通过调整增益来改善系统的阻尼比，避免系统振荡等。本章还通过实例演示了如何利用根轨迹法来分析系统的稳定性裕度和设计控制器。第五章线性系统频域分析频域分析是研究系统在不同频率正弦输入下的稳态响应，是分析系统稳定性和性能的重要手段。本章首先介绍了频率响应的概念，即系统输出信号的幅度和相位与输入信号在相同频率下的变化关系。随后，系统地介绍了描述系统频率特性的几种常用图，包括幅频特性曲线、相频特性曲线、奈奎斯特图以及伯德图。其中，幅相频率特性曲线（奈奎斯特图）是判断系统稳定性的一个重要工具，本章详细阐述了奈奎斯特稳定性判据。伯德图则是一种更为直观和常用的图形化工具，它通过幅值和相位两条曲线分别表示频率响应随频率的变化，便于分析系统的带宽、增益裕度和相位裕度。本章的重点在于如何利用这些频域工具来分析系统的稳定性，并初步评估系统的动态性能。第六章线性系统稳定性分析稳定性是自动控制系统最基本的要求。本章系统地介绍了判断线性系统稳定性的各种方法。首先，从数学模型出发，引入了李雅普诺夫稳定性理论的基本概念，包括平衡点、李雅普诺夫函数等，并阐述了直接法和间接法的基本思想。在此基础上，详细讲解了两种经典稳定性判据：劳斯判据和奈奎斯特判据。劳斯判据是一种代数判据，通过劳斯表来判断特征方程的根是否都位于复平面左半平面，从而确定系统的稳定性。奈奎斯特判据则是一种图解判据，通过对开环传递函数的复平面轨迹进行分析来判断闭环系统的稳定性，这与第五章的频域分析紧密结合。本章还将讨论线性系统的稳定裕度，如增益裕度和相位裕度，以及它们与系统稳定性的关系。第七章控制系统的稳态误差分析稳态误差是衡量控制系统跟踪指令信号能力的指标。本章深入分析了系统在不同类型输入信号（如单位阶跃、单位斜坡、单位抛物线等）作用下的稳态误差。首先，引入了系统类型（Type 0, Type 1, Type 2等）的概念，并阐述了系统类型与稳态误差的关系，指出高类型系统能够减小或消除某些类型的稳态误差。接着，详细介绍了系统静态误差系数，包括位置误差系数、速度误差系数和加速度误差系数，以及它们与稳态误差的关系。本章的重点在于如何通过分析系统的结构和参数来预测和减小稳态误差，例如通过增加积分环节来消除稳态位置误差，或通过增加积分-微分（PI）或比例-积分-微分（PID）控制器来改善系统的稳态性能。第八章 PID控制器设计 PID控制器是目前应用最广泛的反馈控制器。本章聚焦于PID控制器的原理、设计与应用。首先，详细阐述了比例（P）、积分（I）和微分（D）控制分量的作用机理，以及它们分别对系统响应的 P 响应、I 响应和 D 响应所产生的影响。在此基础上，介绍了PID控制器的组成形式，包括连续PID控制器和离散PID控制器。对于PID参数的整定，本章介绍了几种常用的方法，如齐格勒-尼科尔斯整定法（经验法），以及基于根轨迹法和根轨迹法相结合的设计方法。此外，还讨论了PID控制器在实际应用中可能遇到的问题，如积分饱和、微分先行等，并提出了相应的解决方案。通过本章的学习，读者将掌握PID控制器的基本原理和设计方法，并能够将其应用于实际的控制工程问题。第九章状态空间法状态空间法是现代控制理论的核心工具，它能够更全面、更深入地描述和分析复杂系统。本章首先引入了状态向量、状态方程和输出方程的概念，用一组一阶微分方程来描述系统的动态行为，并引入了相空间的概念。对于线性定常系统，本章详细阐述了如何建立系统的状态空间模型，并介绍了两种主要的数学变换：解耦变换和相似变换。接着，重点介绍了可控性和可观测性这两个现代控制理论中的基本概念，并给出了判断可控性和可观测性的代数判据。可控性意味着系统可以通过控制器输入来驱动到任意期望的状态，而可观测性则意味着可以通过测量输出信号来确定系统的内部状态。这些概念对于设计状态反馈控制器和状态观测器至关重要。第十章线性系统状态反馈控制本章基于状态空间理论，探讨如何设计状态反馈控制器来改善系统的性能。本章的核心在于状态反馈，即利用系统的状态向量作为控制器的输入来生成控制信号。首先，详细阐述了状态反馈控制的原理，即通过改变系统的闭环极点来实现对系统动态性能的调整。接着，介绍了如何通过极点配置的方法来设计状态反馈增益矩阵，使得闭环系统的所有极点都位于期望的位置，从而达到所需的动态性能指标，如快速响应、无超调等。本章还讨论了线性二次型最优控制（LQR）问题，这是一种以最小化二次型性能指标为目标的状态反馈控制设计方法，具有良好的鲁棒性和最优性。第十一章线性系统状态观测器在许多实际系统中，并非所有状态变量都能直接测量。状态观测器就是一种用于估计系统状态变量的装置。本章首先介绍了状态观测器的基本原理，即利用系统的输入和输出信号，结合系统的模型，来重构或估计系统内部的状态向量。接着，详细阐述了观测器的设计方法，例如李恩伯格-吴观测器（Luenberger observer），并介绍了如何通过调整观测器的极点来获得满意的估计性能。本章还讨论了极点配置在状态观测器设计中的应用，以及观测器与状态反馈控制器的结合，形成带观测器的反馈控制系统。第十二章离散时间系统分析随着数字技术的发展，离散时间控制系统越来越普遍。本章将自动控制理论的分析方法扩展到离散时间系统。首先，介绍了离散时间系统的数学模型，包括差分方程和脉冲传递函数，并引入了Z变换作为分析离散时间系统的主要工具。读者将学习如何将连续时间系统离散化，以及如何使用Z变换来分析离散时间系统的稳定性、稳态误差和动态响应。本章还讨论了离散时间系统的根轨迹法和频率响应分析，以及离散PID控制器的设计。第十三章非线性系统简介许多实际控制系统并非完全线性，非线性系统分析是现代控制理论的重要发展方向。本章对非线性系统进行初步介绍。首先，阐述了非线性系统的特点和常见的非线性现象，如饱和、死区、间隙等。接着，介绍了描述非线性系统的一些基本方法，如相平面法和李雅普诺夫稳定性理论在非线性系统中的应用。本章旨在为读者建立对非线性系统的基本认识，并为后续更深入的学习打下基础。第十四章控制系统的应用本章通过具体的工程实例，展示自动控制原理在各个领域的广泛应用。例如，在工业生产中，自动控制技术在化工、冶金、电力等行业的生产过程控制中的作用；在航空航天领域，自动飞行控制、姿态控制等；在机器人技术中，路径规划、运动控制等；以及在日常生活中的智能家居、汽车自动驾驶等。通过这些案例分析，读者可以更加直观地理解自动控制理论的实际意义和价值，并感受到其在推动技术进步和社会发展中的关键作用。通过对本书内容的系统学习，读者将能够掌握自动控制系统的基本原理和分析方法，能够独立完成简单控制系统的设计与分析，并为进一步深入研究更复杂的控制系统打下坚实的基础。

用户评价

评分☆☆☆☆☆

作为一名在职工程师，我对于教材的实用性有着近乎苛刻的要求，这本书在这一点上表现得非常出色，尤其是在处理“控制器设计”这一关键环节时。它没有停留在理论推导层面，而是非常实在地介绍了PID控制器的设计思路及其参数整定方法，包括经典的手动整定法和更现代的如Ziegler-Nichols法。书中的案例分析部分，选取的都是贴近工业现场的典型问题，比如电机调速系统或温度控制回路。当我尝试用书中的方法去设计一个满足特定性能指标（比如快速性与抗干扰性）的控制器时，发现书中的步骤指导极其明确，每一步的预期效果都清晰可见。这种强调“如何做”而非仅仅“是什么”的教学风格，极大地缩短了理论知识到工程实践之间的鸿沟，让我能够快速地将学到的知识应用于实际的工控项目中，有效提升了工作效率。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，初次接触这个领域的教材，我最大的顾虑就是怕内容过于晦涩，充满学院派的术语，脱离了实际操作的土壤。然而，这本书的作者们显然深谙教学的艺术——他们不仅教你“是什么”，更重要的是解释了“为什么会这样”。我特别欣赏它在处理像根轨迹分析这类核心内容时的那种深入浅出的能力。它没有简单地给出绘制的规则，而是从反馈控制系统闭环传递函数的特性出发，层层剥茧地推导出根轨迹的几何意义和物理含义。当我对照着书中的例题进行手动计算时，那种“豁然开朗”的感觉非常强烈，仿佛那些抽象的曲线突然间就有了生命力，能够清晰地反映出系统中增益变化对系统动态性能的影响。这种将数学工具与工程直觉紧密结合的叙述方式，极大地增强了我的学习动力，让我觉得控制理论不再是高不可攀的象牙塔知识，而是解决实际问题的利器。

评分☆☆☆☆☆

这本书的逻辑组织脉络简直可以用“严丝合缝”来形容，它构建了一个非常扎实的知识框架，确保了学习的连贯性。从系统的时域响应分析，到拉普拉斯变换的引入，再到频域分析的Bode图和奈奎斯特图，每一步的过渡都显得如此自然且富有逻辑必然性。我特别喜欢它在介绍频率响应法时所采用的对比手法，一方面详述了时域分析的直观性（如超调量、调节时间），另一方面又巧妙地展示了频域分析在处理复杂系统和判断稳定性边界时的强大威力。这种多角度、全方位的知识覆盖，使得我对反馈系统的理解不再是碎片化的，而是形成了一个完整的认知体系。每次当我思考一个新问题时，我都能在脑海中迅速定位到这本书中对应的章节和理论支撑，这种知识结构的稳固性，对于后续深入研究如现代控制理论，是无可替代的基础。

评分☆☆☆☆☆

这本书的深度与广度达到了一个令人印象深刻的平衡点。它在扎实讲解经典控制理论的同时，也恰到好处地引入了一些现代控制的前沿概念，让人在打好基础的同时，不至于对未来的发展方向感到茫然。例如，在讨论系统的可控性和可观性时，作者用简洁的矩阵表示法清晰地阐述了这些核心概念，这为后续理解状态空间法奠定了坚实的基础，而这在许多同类教材中往往处理得比较仓促。更难能可贵的是，书中对一些数学工具的运用把握得非常精准，它们作为辅助理解物理现象的工具出现，而不是成为阻碍学习的门槛。这种对教学重心的精准把握，使得即便是初次接触这门学科的读者，也能在挑战复杂概念时，始终保持一种受控的学习体验，不会因为难度过大而产生畏难情绪，真正做到了寓教于乐，引人入胜。

评分☆☆☆☆☆

这套书的排版真是让人眼前一亮，那种简洁大方的设计风格，配合恰到好处的留白，读起来一点也不费劲。尤其是一些关键公式和定理的展示，设计师显然花了不少心思，用粗体和不同的字体大小做了区分，让人能一眼抓住重点。我记得有一次，我在深夜赶一个项目的设计方案，对某个控制系统的稳定性分析感到很困惑，翻开这本书，那个关于李雅普诺夫稳定性判据的章节，图文并茂地讲解了分析过程，那种清晰度简直是拯救了我。它不是那种堆砌复杂符号的教科书，而是真正考虑到了读者吸收知识的节奏，循序渐进地引导你进入深层理解。特别是那些附带的工程实例，虽然我手头上没有完全对应的硬件，但光是阅读那些系统建模和仿真分析的描述，我就能感受到理论是如何落地到实际工程中的，这对于培养工程直觉至关重要。总的来说，从物理层面上看这本书的制作水准，绝对是行业内的标杆，让人心甘情愿地愿意花时间去研读它，而不是把它束之高阁当作摆设。