自动控制理论 9787302376927 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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朱宁 著

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出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302376927

商品编码：29704110464

包装：平装

出版时间：2014-09-01

基本信息

书名:自动控制理论

定价：30.00元

售价：20.4元,便宜9.6元,折扣68

作者:朱宁

出版社：清华大学出版社

出版日期：2014-09-01

ISBN：9787302376927

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

内容提要

朱宁主编的这本《自动控制理论》依据高等院校 本科自动控制理论课程的教学要求，从重视理论基础 与基本概念、拓宽专业面出发，结合电气工程及其自 动化、机械设计制造及其自动化以及相近专业的知识 结构和教学特点，比较全面和详细地介绍了经典控制 理论的基本内容，包括自动控制系统的概念和数学模 型、时域分析法、根轨迹法、频率法和频率法校正等 ，此外还包括离散控制系统分析等内容。
　　教材编写力求从理论出发，突出实用性。重视理 论的系统性，简化繁琐的推导，重视培养读者的自学 能力，培养读者的分析问题、解决问题以及综合分析 设计问题的能力。
　　本书适用专业为：电气工程及其自动化，机械设 计及其自动化，电子信息工程。部分内容（例如控制 对象方面例题）稍加修改，也可以适应其他如建筑环 境与能源应用工程专业等。本教材是与上述的教学学 时和专业相配套的教学参考书（80学时及以上的还需 要略微补充一点内容），同时也可作为学生自学教材 。

目录

章　自动控制的基本知识
　1.1 自动控制的发展历史和基本概念
　1.2 自动控制的基本控制方式
　1.3 自动控制系统的分类
　1.4 自动控制系统的性能指标
　习题1
第2章　控制系统的数学模型
　2.1 数学模型的基本概念
　2.2 控制系统数学模型——微分方程
　2.3 拉普拉斯变换与反变换
　2.4 传递函数
　2.5 控制系统的动态结构图、信号流图与梅逊公式
　习题2
第3章　线性系统的时域分析法
　3.1 系统分析的基本假设条件和分析指标
　3.2 一阶系统的时域分析
　3.3 二阶系统的时域分析
　3.4 高阶系统的时域响应
　3.5 线性定常系统的稳定性
　3.6 线性系统的稳态误差计算
　3.7 用MATLAB辅助分析控制系统时域性能
　习题3
第4章　控制系统的根轨迹法
　4.1 根轨迹的基本概念
　4.2 绘制根轨迹的规则和方法
　4.3 广义根轨迹
　4.4 控制系统根轨迹的性能分析
　4.5 用MATLAB绘制根轨迹
　习题4
第5章　控制系统的频域分析法
　5.1 频率特性的基本概念
　5.2 对数频率特性及其绘制
　5.3 幅相频率特性及其绘制
　5.4 稳定判据
　5.5 稳定裕度
　5.6 系统的开、闭环频率特性与阶跃响应的关系
　5.7 MATLAB在频率法中的应用
　习题5
第6章　控制系统的校正
　6.1 控制系统校正的基本概念
　6.2 基本控制规律和常用校正装置
　6.3 频率校正方法
　6.4 反馈校正
　6.5 复合控制方法
　6.6 Simulink在控制系统仿真中的应用
　习题6
第7章　离散控制系统
　7.1 离散控制系统基本概念
　7.2 信号的采样与复现
　7.3 离散控制系统的数学模型
　7.4 离散系统分析
　7.5 应用MATLAB进行离散系统分析
　习题7
参考文献

作者介绍

文摘

序言

《系统动力学与建模：揭示复杂系统的内在规律》 概述： 本书深入探讨了复杂系统的建模与分析方法，旨在帮助读者理解和掌握描述、分析、预测及控制各类动态系统的理论基础与实践技术。我们关注的并非单个孤立的组件，而是相互关联、动态演化的整体。从宏观的经济波动、生态平衡，到微观的生物种群繁衍、化学反应速率，乃至工程领域的系统稳定性、性能优化，都可纳入系统动力学的研究范畴。本书将以严谨的数学工具为支撑，辅以丰富的案例分析，引导读者穿越纷繁复杂的表象，洞察系统背后隐藏的因果关系、反馈机制与非线性行为，最终实现对系统更深层次的认知与更有效的干预。 核心内容： 第一部分：系统动力学的基石——理解系统的本质 何谓系统？ 本章将从哲学和科学的角度出发，界定“系统”的核心概念，强调系统的整体性、结构性、功能性和环境性。我们将区分开放系统与封闭系统，认识到系统边界的相对性以及与外部环境的相互作用。读者将学会如何识别一个系统，并理解其构成要素的相互关系。 动态性与演化： 动态系统是本书的焦点。我们将引入“状态”的概念，以及时间如何驱动系统状态的改变。通过对静态和动态系统的对比，强调理解系统变化规律的重要性。我们将初步接触微分方程等数学工具，初步感受如何用数学语言描述系统的动态行为。 反馈与因果关系： 反馈是驱动系统动态演化的核心机制。本章将详细阐述正反馈（放大效应）与负反馈（稳定效应）的原理，并分析它们在不同系统中的具体表现。我们将探讨因果链的构建，以及如何区分直接因果、间接因果和循环因果。理解反馈机制是掌握系统行为的关键，它能帮助我们解释许多看似矛盾或难以预测的现象，例如“蝴蝶效应”和“阿罗的不可能定理”。 模型的概念与类型： 模型是研究系统的有力工具。本书将介绍不同类型的系统模型，包括描述性模型、预测性模型和规范性模型。我们将重点关注能够捕捉系统动态行为的“动力学模型”，并初步介绍离散时间模型和连续时间模型的区别。模型选择的原则、优缺点以及验证方法也将在此部分得到初步讨论。 第二部分：建模的艺术——从现实到抽象 系统辨识与变量选取： 建立一个有效的模型，首先需要对现实系统进行准确的辨识。本章将指导读者如何从复杂的现实场景中提取关键变量，识别系统的边界、输入、输出以及内部状态。我们将讨论变量的层次性，以及如何区分决定系统行为的关键变量和次要变量。 结构化建模方法： 本章将介绍几种常用的系统建模方法，包括： 流图（Stock and Flow Diagrams）： 这是一种直观的图形化建模工具，用于表示系统中物质、信息、能量等的积累（Stocks）以及流入和流出的速率（Flows）。我们将详细讲解流图的构成元素，如何绘制和解读流图，以及它们在定性分析系统结构方面的优势。 辅助变量图（Auxiliary Variable Diagrams）： 流图中的辅助变量用于描述流入和流出速率的计算方式，它们往往代表了系统中影响状态变化的决策规则或关系。本章将重点讲解如何定义和计算辅助变量，以更精确地刻画系统的动态行为。 因果回路图（Causal Loop Diagrams, CLDs）： CLDs是一种强调变量之间因果关系和反馈结构的图形化工具。本章将教授如何绘制CLDs，识别其中的反馈回路（正反馈回路和负反馈回路），并分析其对系统整体行为的潜在影响。CLDs在理解系统性质和初步诊断问题方面具有重要价值。 数学化建模： 将图形化模型转化为数学模型是实现定量分析的基础。本章将详细介绍如何将流图和辅助变量转化为一组微分方程（对于连续时间系统）或差分方程（对于离散时间系统）。我们将深入讲解方程的建立、参数的含义以及它们如何描述系统内部的动态过程。 模型的验证与校准： 一个模型的价值在于其能够真实地反映现实系统的行为。本章将讨论模型验证的关键步骤，包括定性验证（例如，模型是否符合逻辑、是否能够解释已知现象）和定量验证（例如，与历史数据进行比较）。我们将介绍参数校准的方法，以及如何通过优化模型参数来提高模型与实际数据的拟合度。 第三部分：分析的利器——洞察系统的动态行为 定性分析： 在不进行精确数值计算的情况下，我们仍能通过分析模型的结构来理解系统的行为。本章将介绍： 稳态分析（Equilibrium Analysis）： 寻找系统的稳定状态，即系统不再发生变化的终点。我们将讨论如何通过方程组的求解来找到稳态，并分析稳态的稳定性（稳定稳态、不稳定稳态）。 敏感性分析（Sensitivity Analysis）： 评估模型参数的变化对系统输出结果的影响程度。我们将介绍如何通过局部敏感性分析和全局敏感性分析来量化参数不确定性对模型预测结果的影响，从而识别关键参数。 结构分析（Structural Analysis）： 关注系统结构本身的特性，例如是否存在瓶颈、是否存在导致系统崩溃的潜在因素等。 定量分析与仿真： 本章将深入介绍如何利用建立好的数学模型进行定量分析和仿真。 数值仿真： 介绍使用数值积分方法（如欧拉法、龙格-库塔法）求解微分方程组，以获得系统状态随时间变化的轨迹。我们将讲解如何设置仿真参数，如何解读仿真结果图表。 仿真实验的设计： 如何通过改变模型的输入、参数或结构，来设计各种“如果…那么…”（What-if）的仿真实验，以探索不同政策或干预措施对系统行为的影响。 时间序列分析： 对仿真得到的系统状态变量随时间变化的数据进行分析，例如识别趋势、周期性、振荡等。 非线性行为的探索： 许多复杂系统都表现出非线性行为。本章将探讨： 阈值效应（Threshold Effects）： 系统在达到某个临界值后发生突变或行为模式的改变。 饱和效应（Saturation Effects）： 系统对输入的响应不再线性增加，而是趋于一个上限。 延迟效应（Delay Effects）： 系统中的因果关系存在时间滞后，对系统行为产生重要影响。 混沌现象（Chaos）： 尽管系统由确定性方程描述，但其行为对初始条件极其敏感，表现出看似随机的长期行为。我们将介绍混沌的特点及其在某些系统中的出现。 反馈回路的识别与分析： 再次强调反馈回路的重要性，我们将深入分析不同类型的反馈回路如何共同作用，驱动系统的复杂行为，例如自组织、涌现性等。 第四部分：应用与实践——将系统动力学应用于现实问题 案例研究： 本章将选取多个不同领域的经典案例，展示系统动力学在解决实际问题中的强大能力。这些案例可能包括： 生态系统建模： 种群动态、资源枯竭、环境污染等。 经济系统建模： 宏观经济波动、市场供需关系、技术创新扩散等。 社会系统建模： 城市发展、疾病传播、信息扩散、公众舆论形成等。 企业管理建模： 生产库存管理、供应链优化、组织变革等。 工程系统建模： 气候变化、交通拥堵、能源系统等。 通过对这些案例的详细剖析，读者将学习如何将抽象的建模方法应用于具体的问题场景，如何定义问题、建立模型、进行分析并提出解决方案。 政策设计与干预策略： 系统动力学不仅仅是一种分析工具，更是制定有效政策和干预策略的重要依据。本章将探讨如何利用仿真结果来评估不同政策的有效性、潜在的副作用以及最优的实施时机。我们将讨论如何避免“治标不治本”的短期措施，而制定能够从根本上改善系统行为的长期策略。 系统思维的培养： 本书的最终目标之一是帮助读者培养“系统思维”的能力。系统思维是一种超越线性、局部和静态的视角，能够从整体、联系和动态的角度去认识和分析问题。本章将总结本书的要点，引导读者将学到的理论和方法融会贯通，在日常学习、工作和生活中，以更加深刻和全面的视角去理解和应对复杂的世界。 本书特色： 理论与实践相结合： 紧密结合理论基础与实际应用，提供大量真实世界的案例。 直观易懂的工具： 运用流图、因果回路图等可视化工具，帮助读者理解复杂系统结构。 循序渐进的学习路径： 从系统基本概念到高级建模与分析方法，层层递进，适合不同背景的读者。 强调系统思维： 引导读者建立 holistic 的思维模式，理解复杂系统中的相互作用和动态演化。 目标读者： 本书适合所有对理解复杂系统动态行为感兴趣的研究人员、工程师、经济学家、社会科学家、管理者以及学生。无论您是初学者还是有一定基础的从业者，本书都将为您提供一套系统而强大的分析框架，帮助您更好地驾驭信息时代层出不穷的复杂问题。

评分☆☆☆☆☆

作为一名长期在自动化领域摸索的从业者，我深知一本好书的价值在于它提供的“思考框架”，而不是孤立的知识点。这本书在这一点上做得尤为出色。它在介绍完基本的线性系统理论后，并没有急于转向更复杂的非线性控制，而是用大量的篇幅去阐述模型简化的艺术。例如，如何利用物理结构上的特性（如质量、惯性、阻尼系数的相对大小）来判断一个高阶模型是否可以有效降阶为一个二阶或一阶系统，并精确计算出降阶误差的可接受范围。这种将物理直觉融入数学推导的能力，是很多纯数学导向的教材所欠缺的。读到关于鲁棒控制的章节时，我对书中对“不确定性”的系统化描述印象深刻。它将不确定性分解为参数不确定性、结构不确定性和外部扰动，并分别讨论了对应的控制策略，这种条分缕析的归类方法，极大地提升了我对复杂工程问题进行结构化分析的能力。

评分☆☆☆☆☆

这本书的讲解风格，给我一种非常“英式”的克制与严谨感，它很少用过于煽情的语言去鼓吹理论的优越性，而是让数学本身说话。在处理像传递函数模型建立和PID控制器的参数整定这类基础内容时，作者的叙述方式极其审慎，每一步假设、每条推导都清晰地标明了适用范围和潜在的局限性。比如，在讨论单回路PID时，它不仅详细解释了比例、积分、微分三项对瞬态响应和稳态误差的影响，更进一步地探讨了实际工业现场中，由于执行器饱和、纯滞后环节引入后，传统Ziegler-Nichols整定法的局限性，并引出了如何基于模型进行更鲁棒的参数设计。这种“先教你工具，再告诉你工具的边界”的处理方式，非常符合一个成熟工程师的思维模式，避免了初学者盲目套用公式的风险。整体来看，它构建的知识体系就像一座精心设计的桥梁，从最坚实的理论基石开始，稳步向上，没有丝毫虚浮的空中楼阁。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计着实让人眼前一亮，那种沉稳又不失现代感的封面材质，摸上去就能感觉到印刷厂的用心。刚拿到手的时候，我还在想，这么一本理论性这么强的书籍，会不会内容排版也像传统教材一样刻板无趣，结果翻开第一页就发现我想多了。字体选择非常考究，疏密得住，重点公式和概念的加粗处理得恰到好处，使得阅读的节奏感非常流畅，即便是初学者面对密密麻麻的数学推导时，也不会立刻产生畏难情绪。尤其是那些关键的系统稳定性分析部分，作者似乎非常理解读者的痛点，将复杂的李雅普诺夫函数稳定性判据和根轨迹法等难点，通过清晰的图示和分步解析，展现得淋漓尽致，图例的清晰度和准确性几乎可以媲美专业绘图软件的输出效果，这在很多同类教材中是很难得的体验。更让我惊喜的是，书中对一些经典控制系统的仿真实例的描述，虽然没有直接给出代码，但对仿真步骤和预期结果的文字描述极具画面感，让人忍不住想立刻打开MATLAB或者Simulink去验证一下，这种引导性的叙述方式，极大地激发了我对后续章节的学习热情。

评分☆☆☆☆☆

这本书的辅助资源和细节处理，体现了编辑团队的专业素养和对读者的尊重。内页的纸张选择非常柔和，即便是长时间在灯光下阅读，眼睛的疲劳感也明显减轻，这对于一本需要反复查阅的工具书来说至关重要。排版上，除了我之前提到的重点突出外，书中的符号系统保持了惊人的一致性，从头到尾，变量的定义、希腊字母的用法都严格遵循国际标准，这在跨章节学习和回顾时，极大地减少了因符号混淆而产生的认知负担。更值得称赞的是，书后附带的参考文献列表非常详尽和权威，它不仅列出了控制理论的经典文献，还拓展到了相关领域的交叉研究，为有志于继续深造的读者指明了清晰的进阶路径。总而言之，从印刷质量到理论深度，再到对读者阅读体验的细致关怀，这本书都达到了一个极高的水准，是一部值得放在案头时常翻阅的佳作。

评分☆☆☆☆☆

我对技术类书籍的评价往往会聚焦在内容的深度和广度上，而这本著作在这两方面都表现出了极高的水准。它并非仅仅停留在经典的经典控制理论的复述层面，更巧妙地融入了现代控制思想的若干重要分支。例如，在线性化理论的讨论之后，它没有止步于传统的频域分析，而是非常及时地引入了状态空间表示的优势，尤其是对可控性和可观测性这两个核心概念的阐述，逻辑链条极其严密。它不是简单地抛出判定准则，而是通过对系统矩阵行列式的分解和变换，清晰地展示了这些属性如何影响我们对系统的设计和控制。读到关于最优控制那一章时，我感到非常震撼，作者并没有将动态规划和变分法描述成高不可攀的数学工具，而是将其与实际工程中的性能指标优化紧密联系起来，即便是跨专业的读者，也能体会到这种“让系统运行得更好”的终极目标。这种兼顾理论严谨性和工程实用性的平衡点，使得本书的价值远超一本普通的教科书，更像是一本系统的、进阶的工程师手册。