高等學校電氣類係列教材：自動控製原理(第2版) pdf epub mobi txt 電子書下載 2025

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張希周著

圖書標籤:

自動控製原理
控製工程
電氣工程
高等教育
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自動化
係統控製
反饋控製
電路分析
數學建模

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店鋪：廣影圖書專營店

齣版社：重慶大學齣版社

ISBN：9787562429807

商品編碼：29701490755

包裝：平裝

齣版時間：2003-10-01

具體描述

基本信息

書名:高等學校電氣類係列教材：自動控製原理(第2版)

定價：25.00元

售價：17.0元,便宜8.0元,摺扣68

作者:張希周

齣版社：重慶大學齣版社

齣版日期：2003-10-01

ISBN：9787562429807

字數：

頁碼：227

版次：2

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

《高等學校電氣類係列教材：自動控製原理（第2版）》可作為工業電氣自動化、電力係統自動化、計算機等電類專業的專科教材，也可作為其他有關專業學生及從事自動控製方麵工作的工程技術人員的參考書或電大、職大、夜大的教材。

內容提要

《高等學校電氣類係列教材：自動控製原理（第2版）》主要介紹經典控製理論的基本內容，包括自動控製係統的基本概念，數學模型，係統時域分析法，根軌跡法，頻率法，係統校正，非綫性控製係統和采樣控製係統。

章自動控製係統的基本概念
1.1 自動控製和自動控製係統
1.2 自動控製係統的方框圖與基本環節
1.3 自動控製係統的基本類型
1.4 對自動控製係統的要求及本課程的基本任務
小結
思考題及習題

第2章控製係統的數學模型
2.1 動態微分方程的建立
2.2 傳遞函數
2.3 係統動態結構圖
2.4 結構圖的等效變換及係統傳遞函數
小結
思考題
習題

第3章時域分析法
3.1 典型輸入信號和時域性能指標
3.2 控製係統的穩定性分析
3.3 控製係統的暫態響應分析
3.4 控製係統的穩態誤差分析
小結
思考題及習題

第4章根軌跡法
4.1 根軌跡的基本概念及繪製條件
4.2 繪製根軌跡的基本規則
4.3 根軌跡繪製舉例
4.4 參量根軌跡的繪製
4.5 用根軌跡法分析自動控製係統
4.6 根軌跡的改造
小結
習題

第5章頻率法
5.1 頻率特性
5.2 頻率特性的極坐標圖
5.3 奈奎斯特（Nyquist）穩定性判據
5.4 係統穩定的性能指標
5.5 頻率特性的對數坐標圖（Bode圖）
5.6 係統的Bode圖分析
5.7 二階係統的頻率特性與ζ的關係
5.8 閉環幅頻特性的描繪
小結
思考題及習題

第6章控製係統的綜閤校正
6.1 係統校正概述
6.2 常用校正裝置及其特性
6.3 用根軌跡法進行串聯校正
6.4 用頻率法進行串聯校正
6.5 按希望模型進行串聯校正
6.6 局部反饋校正
6.7 復閤校正
小結
習題

第7章非綫性控製係統
7.1 典型非綫性特性及其對係統性能的影響
7.2 描述函數法
7.3 用描述函數法研究非綫性控製係統
小結
習題

第8章采樣控製係統
8.1 采樣控製係統的基本概念
8.2 采樣過程與采樣定理
8.3 z變換
8.4 采樣控製係統的數學模型
8.5 采樣控製係統的時域分析
小結
思考題及習題
附錄
參考文獻

作者介紹

文摘

序言

《自動控製原理（第2版）》內容簡介本書是高等學校電氣類係列教材中的一本，旨在係統、深入地闡述自動控製的基本理論、方法與應用。全書共分為十四章，內容涵蓋瞭從經典控製理論到現代控製理論的各個重要方麵，力求為讀者構建一個紮實的自動控製知識體係，並為進一步學習和研究相關領域奠定堅實的基礎。第一章緒論本章作為全書的開篇，首先對自動控製的基本概念進行界定，包括什麼是控製係統，控製係統的組成要素（被控對象、控製器、傳感器、執行器等），以及自動控製的意義和發展曆程。通過引入典型的應用實例，如傢用空調的溫度控製、工業生産過程的自動化等，使讀者對自動控製有一個直觀的認識。接著，詳細闡述瞭自動控製係統的基本分類，包括開環控製係統與閉環控製係統、綫性係統與非綫性係統、連續係統與離散係統等，並重點分析瞭閉環控製係統（反饋控製係統）的核心優勢。最後，對自動控製在現代社會中的地位和作用進行概括，強調瞭其在國民經濟、國防科技以及日常生活中的重要性，並對本書的學習目標和內容結構做瞭簡要介紹，引導讀者進入自動控製的廣闊天地。第二章控製係統的數學模型建立準確的數學模型是分析和設計自動控製係統的基礎。本章首先介紹瞭描述動態係統的主要數學工具，包括微分方程、傳遞函數和方塊圖。對綫性定常係統的微分方程錶示法進行詳細講解，並引齣拉普拉斯變換在求解微分方程中的重要作用。在此基礎上，著重闡述瞭傳遞函數的概念、性質及其推導方法，這是分析和設計綫性係統不可或缺的工具。讀者將學習如何從物理模型（如RLC電路、機械係統等）齣發，通過列寫運動方程並進行拉普拉斯變換，最終得到係統的傳遞函數。同時，本章還介紹瞭係統方塊圖的繪製和簡化方法，以直觀地錶示係統各組成部分的相互關係，便於進行係統分析。此外，為瞭更全麵地描述係統，還引入瞭係統零、極點的概念，並初步探討瞭它們對係統性能的影響。第三章綫性係統時域分析時域分析是研究係統輸入輸齣之間時間響應關係的直接方法。本章首先從分析係統的動態特性入手，介紹瞭單位階躍響應、單位脈衝響應等典型輸入信號對係統響應的影響。在此基礎上，深入分析瞭具有典型動態環節（如比例環節、積分環節、微分環節、一階慣性環節、二階慣性環節等）的係統在不同輸入下的響應特點。對於工程中更為重要的二階係統，本章詳細討論瞭阻尼係數和無阻尼自然頻率這兩個參數如何決定係統的超調量、調節時間和穩態誤差等關鍵性能指標，並引入瞭欠阻尼、臨界阻尼和過阻尼等概念。通過這些分析，讀者將能夠理解係統在不同參數下的行為錶現，並初步掌握根據時域性能要求來初步選擇係統參數的方法。第四章綫性係統根軌跡法根軌跡法是一種直觀的圖解分析方法，用於分析係統開環極點變化時，閉環極點（係統穩定性與動態性能的關鍵）的變化軌跡。本章首先闡述瞭根軌跡法的基本原理，即當係統某個參數（通常是開環增益）從零變化到無窮大時，閉環極點所描繪齣的軌跡。接著，詳細講解瞭繪製根軌跡的步驟和規則，包括根軌跡的起點和終點、與實軸的交點、漸近綫、分離開n閤點以及幅角原理等。通過這些規則，讀者可以準確地繪製齣閉環係統的根軌跡圖。根軌跡法的核心意義在於，它能夠直觀地展示開環增益變化對係統穩定性和動態性能的影響，例如如何通過調整增益來改善係統的阻尼比，避免係統振蕩等。本章還通過實例演示瞭如何利用根軌跡法來分析係統的穩定性裕度和設計控製器。第五章綫性係統頻域分析頻域分析是研究係統在不同頻率正弦輸入下的穩態響應，是分析係統穩定性和性能的重要手段。本章首先介紹瞭頻率響應的概念，即係統輸齣信號的幅度和相位與輸入信號在相同頻率下的變化關係。隨後，係統地介紹瞭描述係統頻率特性的幾種常用圖，包括幅頻特性麯綫、相頻特性麯綫、奈奎斯特圖以及伯德圖。其中，幅相頻率特性麯綫（奈奎斯特圖）是判斷係統穩定性的一個重要工具，本章詳細闡述瞭奈奎斯特穩定性判據。伯德圖則是一種更為直觀和常用的圖形化工具，它通過幅值和相位兩條麯綫分彆錶示頻率響應隨頻率的變化，便於分析係統的帶寬、增益裕度和相位裕度。本章的重點在於如何利用這些頻域工具來分析係統的穩定性，並初步評估係統的動態性能。第六章綫性係統穩定性分析穩定性是自動控製係統最基本的要求。本章係統地介紹瞭判斷綫性係統穩定性的各種方法。首先，從數學模型齣發，引入瞭李雅普諾夫穩定性理論的基本概念，包括平衡點、李雅普諾夫函數等，並闡述瞭直接法和間接法的基本思想。在此基礎上，詳細講解瞭兩種經典穩定性判據：勞斯判據和奈奎斯特判據。勞斯判據是一種代數判據，通過勞斯錶來判斷特徵方程的根是否都位於復平麵左半平麵，從而確定係統的穩定性。奈奎斯特判據則是一種圖解判據，通過對開環傳遞函數的復平麵軌跡進行分析來判斷閉環係統的穩定性，這與第五章的頻域分析緊密結閤。本章還將討論綫性係統的穩定裕度，如增益裕度和相位裕度，以及它們與係統穩定性的關係。第七章控製係統的穩態誤差分析穩態誤差是衡量控製係統跟蹤指令信號能力的指標。本章深入分析瞭係統在不同類型輸入信號（如單位階躍、單位斜坡、單位拋物綫等）作用下的穩態誤差。首先，引入瞭係統類型（Type 0, Type 1, Type 2等）的概念，並闡述瞭係統類型與穩態誤差的關係，指齣高類型係統能夠減小或消除某些類型的穩態誤差。接著，詳細介紹瞭係統靜態誤差係數，包括位置誤差係數、速度誤差係數和加速度誤差係數，以及它們與穩態誤差的關係。本章的重點在於如何通過分析係統的結構和參數來預測和減小穩態誤差，例如通過增加積分環節來消除穩態位置誤差，或通過增加積分-微分（PI）或比例-積分-微分（PID）控製器來改善係統的穩態性能。第八章 PID控製器設計 PID控製器是目前應用最廣泛的反饋控製器。本章聚焦於PID控製器的原理、設計與應用。首先，詳細闡述瞭比例（P）、積分（I）和微分（D）控製分量的作用機理，以及它們分彆對係統響應的 P 響應、I 響應和 D 響應所産生的影響。在此基礎上，介紹瞭PID控製器的組成形式，包括連續PID控製器和離散PID控製器。對於PID參數的整定，本章介紹瞭幾種常用的方法，如齊格勒-尼科爾斯整定法（經驗法），以及基於根軌跡法和根軌跡法相結閤的設計方法。此外，還討論瞭PID控製器在實際應用中可能遇到的問題，如積分飽和、微分先行等，並提齣瞭相應的解決方案。通過本章的學習，讀者將掌握PID控製器的基本原理和設計方法，並能夠將其應用於實際的控製工程問題。第九章狀態空間法狀態空間法是現代控製理論的核心工具，它能夠更全麵、更深入地描述和分析復雜係統。本章首先引入瞭狀態嚮量、狀態方程和輸齣方程的概念，用一組一階微分方程來描述係統的動態行為，並引入瞭相空間的概念。對於綫性定常係統，本章詳細闡述瞭如何建立係統的狀態空間模型，並介紹瞭兩種主要的數學變換：解耦變換和相似變換。接著，重點介紹瞭可控性和可觀測性這兩個現代控製理論中的基本概念，並給齣瞭判斷可控性和可觀測性的代數判據。可控性意味著係統可以通過控製器輸入來驅動到任意期望的狀態，而可觀測性則意味著可以通過測量輸齣信號來確定係統的內部狀態。這些概念對於設計狀態反饋控製器和狀態觀測器至關重要。第十章綫性係統狀態反饋控製本章基於狀態空間理論，探討如何設計狀態反饋控製器來改善係統的性能。本章的核心在於狀態反饋，即利用係統的狀態嚮量作為控製器的輸入來生成控製信號。首先，詳細闡述瞭狀態反饋控製的原理，即通過改變係統的閉環極點來實現對係統動態性能的調整。接著，介紹瞭如何通過極點配置的方法來設計狀態反饋增益矩陣，使得閉環係統的所有極點都位於期望的位置，從而達到所需的動態性能指標，如快速響應、無超調等。本章還討論瞭綫性二次型最優控製（LQR）問題，這是一種以最小化二次型性能指標為目標的狀態反饋控製設計方法，具有良好的魯棒性和最優性。第十一章綫性係統狀態觀測器在許多實際係統中，並非所有狀態變量都能直接測量。狀態觀測器就是一種用於估計係統狀態變量的裝置。本章首先介紹瞭狀態觀測器的基本原理，即利用係統的輸入和輸齣信號，結閤係統的模型，來重構或估計係統內部的狀態嚮量。接著，詳細闡述瞭觀測器的設計方法，例如李恩伯格-吳觀測器（Luenberger observer），並介紹瞭如何通過調整觀測器的極點來獲得滿意的估計性能。本章還討論瞭極點配置在狀態觀測器設計中的應用，以及觀測器與狀態反饋控製器的結閤，形成帶觀測器的反饋控製係統。第十二章離散時間係統分析隨著數字技術的發展，離散時間控製係統越來越普遍。本章將自動控製理論的分析方法擴展到離散時間係統。首先，介紹瞭離散時間係統的數學模型，包括差分方程和脈衝傳遞函數，並引入瞭Z變換作為分析離散時間係統的主要工具。讀者將學習如何將連續時間係統離散化，以及如何使用Z變換來分析離散時間係統的穩定性、穩態誤差和動態響應。本章還討論瞭離散時間係統的根軌跡法和頻率響應分析，以及離散PID控製器的設計。第十三章非綫性係統簡介許多實際控製係統並非完全綫性，非綫性係統分析是現代控製理論的重要發展方嚮。本章對非綫性係統進行初步介紹。首先，闡述瞭非綫性係統的特點和常見的非綫性現象，如飽和、死區、間隙等。接著，介紹瞭描述非綫性係統的一些基本方法，如相平麵法和李雅普諾夫穩定性理論在非綫性係統中的應用。本章旨在為讀者建立對非綫性係統的基本認識，並為後續更深入的學習打下基礎。第十四章控製係統的應用本章通過具體的工程實例，展示自動控製原理在各個領域的廣泛應用。例如，在工業生産中，自動控製技術在化工、冶金、電力等行業的生産過程控製中的作用；在航空航天領域，自動飛行控製、姿態控製等；在機器人技術中，路徑規劃、運動控製等；以及在日常生活中的智能傢居、汽車自動駕駛等。通過這些案例分析，讀者可以更加直觀地理解自動控製理論的實際意義和價值，並感受到其在推動技術進步和社會發展中的關鍵作用。通過對本書內容的係統學習，讀者將能夠掌握自動控製係統的基本原理和分析方法，能夠獨立完成簡單控製係統的設計與分析，並為進一步深入研究更復雜的控製係統打下堅實的基礎。

用戶評價

評分☆☆☆☆☆

坦白說，初次接觸這個領域的教材，我最大的顧慮就是怕內容過於晦澀，充滿學院派的術語，脫離瞭實際操作的土壤。然而，這本書的作者們顯然深諳教學的藝術——他們不僅教你“是什麼”，更重要的是解釋瞭“為什麼會這樣”。我特彆欣賞它在處理像根軌跡分析這類核心內容時的那種深入淺齣的能力。它沒有簡單地給齣繪製的規則，而是從反饋控製係統閉環傳遞函數的特性齣發，層層剝繭地推導齣根軌跡的幾何意義和物理含義。當我對照著書中的例題進行手動計算時，那種“豁然開朗”的感覺非常強烈，仿佛那些抽象的麯綫突然間就有瞭生命力，能夠清晰地反映齣係統中增益變化對係統動態性能的影響。這種將數學工具與工程直覺緊密結閤的敘述方式，極大地增強瞭我的學習動力，讓我覺得控製理論不再是高不可攀的象牙塔知識，而是解決實際問題的利器。

評分☆☆☆☆☆

作為一名在職工程師，我對於教材的實用性有著近乎苛刻的要求，這本書在這一點上錶現得非常齣色，尤其是在處理“控製器設計”這一關鍵環節時。它沒有停留在理論推導層麵，而是非常實在地介紹瞭PID控製器的設計思路及其參數整定方法，包括經典的手動整定法和更現代的如Ziegler-Nichols法。書中的案例分析部分，選取的都是貼近工業現場的典型問題，比如電機調速係統或溫度控製迴路。當我嘗試用書中的方法去設計一個滿足特定性能指標（比如快速性與抗乾擾性）的控製器時，發現書中的步驟指導極其明確，每一步的預期效果都清晰可見。這種強調“如何做”而非僅僅“是什麼”的教學風格，極大地縮短瞭理論知識到工程實踐之間的鴻溝，讓我能夠快速地將學到的知識應用於實際的工控項目中，有效提升瞭工作效率。

評分☆☆☆☆☆

這本書的深度與廣度達到瞭一個令人印象深刻的平衡點。它在紮實講解經典控製理論的同時，也恰到好處地引入瞭一些現代控製的前沿概念，讓人在打好基礎的同時，不至於對未來的發展方嚮感到茫然。例如，在討論係統的可控性和可觀性時，作者用簡潔的矩陣錶示法清晰地闡述瞭這些核心概念，這為後續理解狀態空間法奠定瞭堅實的基礎，而這在許多同類教材中往往處理得比較倉促。更難能可貴的是，書中對一些數學工具的運用把握得非常精準，它們作為輔助理解物理現象的工具齣現，而不是成為阻礙學習的門檻。這種對教學重心的精準把握，使得即便是初次接觸這門學科的讀者，也能在挑戰復雜概念時，始終保持一種受控的學習體驗，不會因為難度過大而産生畏難情緒，真正做到瞭寓教於樂，引人入勝。

評分☆☆☆☆☆

這套書的排版真是讓人眼前一亮，那種簡潔大方的設計風格，配閤恰到好處的留白，讀起來一點也不費勁。尤其是一些關鍵公式和定理的展示，設計師顯然花瞭不少心思，用粗體和不同的字體大小做瞭區分，讓人能一眼抓住重點。我記得有一次，我在深夜趕一個項目的設計方案，對某個控製係統的穩定性分析感到很睏惑，翻開這本書，那個關於李雅普諾夫穩定性判據的章節，圖文並茂地講解瞭分析過程，那種清晰度簡直是拯救瞭我。它不是那種堆砌復雜符號的教科書，而是真正考慮到瞭讀者吸收知識的節奏，循序漸進地引導你進入深層理解。特彆是那些附帶的工程實例，雖然我手頭上沒有完全對應的硬件，但光是閱讀那些係統建模和仿真分析的描述，我就能感受到理論是如何落地到實際工程中的，這對於培養工程直覺至關重要。總的來說，從物理層麵上看這本書的製作水準，絕對是行業內的標杆，讓人心甘情願地願意花時間去研讀它，而不是把它束之高閣當作擺設。

評分☆☆☆☆☆

這本書的邏輯組織脈絡簡直可以用“嚴絲閤縫”來形容，它構建瞭一個非常紮實的知識框架，確保瞭學習的連貫性。從係統的時域響應分析，到拉普拉斯變換的引入，再到頻域分析的Bode圖和奈奎斯特圖，每一步的過渡都顯得如此自然且富有邏輯必然性。我特彆喜歡它在介紹頻率響應法時所采用的對比手法，一方麵詳述瞭時域分析的直觀性（如超調量、調節時間），另一方麵又巧妙地展示瞭頻域分析在處理復雜係統和判斷穩定性邊界時的強大威力。這種多角度、全方位的知識覆蓋，使得我對反饋係統的理解不再是碎片化的，而是形成瞭一個完整的認知體係。每次當我思考一個新問題時，我都能在腦海中迅速定位到這本書中對應的章節和理論支撐，這種知識結構的穩固性，對於後續深入研究如現代控製理論，是無可替代的基礎。