自动控制原理及应用(21世纪高等院校自动化类实用规划教材) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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董红生，李双科，李先山 著

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出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302344643

商品编码：29705271725

包装：平装

出版时间：2014-03-01

基本信息

书名:自动控制原理及应用(21世纪高等院校自动化类实用规划教材)

定价：36.00元

售价：24.5元,便宜11.5元,折扣68

作者:董红生 ,李双科,李先山

出版社：清华大学出版社

出版日期：2014-03-01

ISBN：9787302344643

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

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内容提要

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董红生编著的《自动控制原理及应用(21世纪高等院校自动化类实用规划教材)》是根据培养应用型人才的基本要求编写的，系统地介绍了自动控制原理经典控制理论部分的主要内容。全书共分8章，内容包括绪论、自动控制系统的数学模型、控制系统的时域分析法、控制系统的根轨迹分析方法、控制系统的频域分析法、控制系统的校正方法、采样控制系统及控制系统的MATLAB仿真应用。
　　本书从工程实际应用出发，内容全面，重点突出，叙述深入浅出、循序渐进、通俗易懂，每章都配有一定数量的例题和习题，并附有教学目标和本章小结，便于教师教学和学生自学。
　　《自动控制原理及应用(21世纪高等院校自动化类实用规划教材)》可作为应用型本科院校、高职高专院校及成人高校的电气、自动化及机电类各专业的教材或教学参考书，也可供工程技术人员参考。

目录

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章 绪论
　1.1 自动控制系统的基本概念
　1.1.1 自动控制和自动控制系统
　1.1.2 自动控制系统的控制方式
　1.1.3 自动控制系统的组成
　1.2 自动控制系统的分类
　1.2.1 按给定值的变化规律分类
　1.2.2 按系统的信号形式分类
　1.2.3 按系统的特性分类
　1.3 自动控制系统的基本要求
　1.3.1 稳定性
　1.3.2 快速性
　1.3.3 准确性
　1.4 应用实例
　本章小结
　习题
第2章 自动控制系统的数学模型
　2.1 控制系统的微分方程
　2.1.1 微分方程建立的实例
　2.1.2 线性常微分方程的求解
　2.2 控制系统的传递函数
　2.2.1 传递函数的概念
　2.2.2 典型环节的传递函数
　2.3 控制系统的动态结构图
　2.3.1 动态结构图的基本概念
　2.3.2 动态结构图的建立
　2.3.3 动态结构图的化简
　2.4 应用实例
　本章小结
　习题
第3章 控制系统的时域分析法
　3.1 控制系统的典型输入信号和时域性能指标
　3.1.1 典型输入信号
　3.1.2 控制系统的时域指标
　3.2 典型系统的时域分析
　3.2.1 一阶系统的时域分析
　3.2.2 二阶系统的时域分析
　3.3 控制系统的稳定性分析
　3.4 控制系统的稳态误差计算
　3.4.1 稳态误差的定义
　3.4.2 控制系统的型别
　3.4.3 给定稳态误差及误差系数
　3.4.4 扰动稳态误差的计算
　3.4.5 减小系统稳态误差的方法
　3.5 应用实例
　本章小结
　习题
第4章 控制系统的根轨迹分析方法
　4.1 根轨迹的基本概念
　4.1.1 根轨迹的概念
　4.1.2 根轨迹方程
　4.2 根轨迹绘制的基本规则
　4.3 利用根轨迹法分析控制系统的性能
　4.3.1 闭环零、极点分布与动态响应的关系
　4.3.2 利用主导极点法分析系统性能
　4.3.3 增加开环零、极点对系统性能的影响
　4.4 应用实例
　本章小结
　习题
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 频率特性的定义
　5.1.2 频率特性的性质
　5.1.3 频率特性的图形表示
　5.2 典型环节的频率特性
　5.3 系统开环频率特性曲线的绘制
　5.3.1 系统开环幅相频率特性曲线的绘制
　5.3.2 系统开环对数频率特性曲线的绘制
　5.4 利用频率特性法分析控制系统的性能
　5.4.1 控制系统的稳定性分析
　5.4.2 控制系统的性能分析
　5.4.3 典型控制系统的频域分析
　5.5 应用实例
　本章小结
　习题
第6章 控制系统的校正方法
　6.1 控制系统校正的基本概念
　6.1.1 校正方式
　6.1.2 基本控制规律
　6.2 串联校正
　6.2.1 串联超前校正
　6.2.2 串联滞后校正
　6.2.3 串联滞后-超前校正
　6.3 反馈校正
　6.3.1 反馈校正的基本原理
　6.3.2 反馈校正的形式
　6.4 自动控制系统的工程设计方法
　6.4.1 串联校正的期望频率特性法原理
　6.4.2 系统期望开环对数频率特性的建立
　6.4.3 校正装置的工程设计法
　6.5 应用实例
　本章小结
　习题
第7章 采样控制系统
　7.1 采样控制系统的基本概念
　7.1.1 采样控制系统的结构与特点
　7.1.2 信号的采样与复现
　7.2 采样控制系统的数学模型
　7.2.1 z变换与逆z变换
　7.2.2 差分方程和脉冲传递函数
　7.3 采样控制系统的性能分析
　7.3.1 采样控制系统的稳定性分析
　7.3.2 采样控制系统的动态性能分析
　7.3.3 采样控制系统的稳态误差
　7.4 应用实例
　本章小结
　习题
第8章 控制系统的MATLAB仿真应用
　8.1 MATLAB仿真基础
　8.1.1 MATLAB系统概述
　8.1.2 MATLAB的编程基础
　8.1.3 MATLAB语言的矩阵运算与符号运算
　8.1.4 MATLAB语言的图形功能
　8.1.5 MATLAB程序设计
　8.1.6 Simulink仿真基础
　8.2 MATLAB在控制系统仿真中的应用
　8.2.1 MATLAB用于控制系统的建模
　8.2.2 MATLAB用于控制系统的时域分析
　8.2.3 MATLAB用于控制系统的根轨迹分析
　8.2.4 MATLAB用于控制系统的频域分析
　8.2.5 MATLAB用于控制系统的频域法校正
　8.3 Simulink在控制系统仿真中的应用
　8.3.1 控制系统的Simulink模型的建立
　8.3.2 控制系统的Simulink仿真
　8.4 应用实例
　8.4.1 液压位置伺服系统
　8.4.2 玻璃窑炉的温度控制系统
　本章小结
　习题
附录　常用函数的拉普拉斯变换与z变换表
参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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现代工业的神经中枢：一本关于系统运行智慧的探索 在飞速发展的现代社会，无论是最精密的航天器，还是庞杂的工业生产线，亦或是我们日常生活中随处可见的智能家电，其背后都离不开一套精密而高效的“大脑”——自动控制系统。这套系统如同人体的神经系统，负责感知环境变化，决策行动指令，并最终实现预期的目标。本书将带领读者深入探索这一工业与科技领域的核心技术，揭示其运作的奥秘，理解其应用的广阔天地，并激发对未来智能系统无限的想象。 从基本概念到系统理解：构建坚实的理论基石 控制理论，其核心在于如何使一个系统（被控对象）在外界扰动或内部参数变化的情况下，依然能够按照预设的规律运行。为了理解这一点，我们首先需要建立一套科学的语言和工具。本书将从最基础的概念入手，详细阐述“系统”的内涵，什么是“输入”与“输出”，何为“状态”与“扰动”。我们将学习如何用数学的语言来描述这些物理系统，例如微分方程、传递函数以及状态空间方程，这些都是理解和分析控制系统的“通用语法”。 通过对这些数学模型的掌握，我们就能初步了解一个系统的动态特性：它对输入信号有多敏感？响应速度有多快？是否会产生震荡？是否稳定？这些特性直接决定了一个控制系统的好坏。本书将深入浅出地讲解如何通过分析这些模型，预测系统的行为，并找出潜在的问题。 经典控制理论的基石：时域与频域的深刻洞察 在自动控制领域，有两个至关重要的分析视角：时域分析和频域分析。时域分析着眼于系统对不同类型输入信号（如阶跃信号、斜坡信号、脉冲信号）的响应过程，它直观地展现了系统从初始状态到最终稳态的“轨迹”。我们将学习如何通过根轨迹、瞬态响应等指标来评估系统的性能，理解超调量、调节时间、稳态误差等关键参数的意义。 频域分析则从另一个角度审视系统，它关注系统如何处理不同频率的输入信号。通过频率响应，我们可以了解系统的“带宽”——它能有效响应哪些频率的信号，而又会衰减哪些频率的信号。伯德图、奈奎斯特图等分析工具将是我们理解系统稳定性和鲁棒性的利器。通过这些工具，我们可以直观地判断一个系统是否容易受到高频噪声的影响，或者是否在某些特定频率下表现出不稳定的倾向。 现代控制理论的演进：状态空间与最优化的力量 随着计算机技术的发展和对复杂系统需求的提升，现代控制理论应运而生。状态空间方法提供了一种更全面、更强大的描述系统的方式，它能够处理多输入多输出（MIMO）系统，并能直接分析系统的内部状态。本书将详细介绍状态空间方程的建立、解析和应用，包括可控性和可观测性等重要概念，这些概念是设计高性能控制器（如状态反馈控制器）的前提。 进一步地，我们还将触及控制理论中的“最优”思想。在许多实际应用中，我们不仅希望系统能够稳定运行，更希望它在满足某些约束条件的前提下，能够达到最优的性能指标，例如最快的响应速度、最小的能量消耗。本书将介绍最优控制的基本原理，例如LQR（线性二次调节器）等方法，它们能够根据预设的性能指标，自动生成最优的控制律，从而使系统达到前所未有的高效运行。 控制器设计：从理论到实践的桥梁 理解了系统的模型和分析方法，接下来自然是设计能够有效控制这些系统的“大脑”——控制器。本书将系统地介绍各种经典和现代的控制器设计方法。PID（比例-积分-微分）控制器作为最基础、应用最广泛的控制器之一，其原理、整定方法及其在工业现场的妙用将是重点讲解内容。我们将学习如何根据系统的特性，巧妙地调整P、I、D三个参数，以达到理想的控制效果。 除了PID控制器，本书还将介绍更先进的控制器设计技术。例如，如何利用状态反馈设计更鲁棒、更精确的控制器；如何设计能够处理系统不确定性和外部扰动的自适应控制器；以及如何利用模糊逻辑、神经网络等智能算法来设计具有“学习”能力的控制器，使其能够适应复杂的、非线性的系统。本书将通过丰富的实例，展示这些控制器的设计过程和实际应用效果。 实际应用领域：拓展视野，激发灵感 自动控制技术的应用范围之广，几乎涵盖了所有工业和科技领域。本书将精选多个典型的应用案例，展现自动控制原理如何在实践中发挥巨大作用。 工业过程控制： 从石油化工、钢铁冶金到电力生产，自动控制系统是保障生产安全、提高产品质量、降低能耗的关键。我们将看到如何利用先进的控制策略来优化反应堆的温度和压力，如何精确控制轧钢机的厚度，以及如何稳定电网的频率和电压。 机器人与自动化： 机器人手臂的精准运动、无人驾驶汽车的导航与决策、工厂自动化生产线的协调运行，都离不开精密的运动控制和路径规划。本书将探讨如何利用伺服系统和先进的控制算法，赋予机器人“智慧”和“灵巧”。 航空航天与国防： 飞机的自动驾驶仪、导弹的制导系统、卫星的轨道保持，这些对精度和可靠性要求极高的领域，是自动控制技术最耀眼的舞台。我们将深入了解飞机姿态控制、飞行路径跟踪等背后的控制原理。 新能源与环保： 风力发电机的变桨控制、太阳能电池板的跟踪系统、污水处理厂的自动化运行，自动控制在构建绿色、可持续发展的未来中扮演着重要角色。 生物医学与日常生活： 从医疗手术机器人到智能家居的温度调节，再到精密仪器的自动校准，自动控制技术正在悄然改善我们的生活质量，提升医疗水平。 面向未来：智能化与网络化控制的展望 随着人工智能、大数据、物联网等技术的蓬勃发展，自动控制系统也正经历着深刻的变革。本书将在结尾部分，展望自动控制的未来发展趋势，包括： 智能化控制： 如何将机器学习、深度学习等AI技术与传统控制理论相结合，实现更具自主性、适应性和预测性的智能控制系统。 网络化控制： 如何利用通信网络将分散的传感器、执行器和控制器连接起来，构建大型的、协同工作的分布式控制系统，实现更高效的信息共享和资源优化。 模型预测控制（MPC）： 这是一种结合系统模型、优化算法和预测能力的先进控制策略，在复杂工业过程控制中展现出巨大的潜力。 鲁棒控制与自适应控制的进一步发展： 如何设计能够在强扰动和模型不确定性下依然保持优异性能的控制器。 本书旨在为自动化、电气工程、机械工程、计算机科学等相关专业的学生和工程师提供一个系统、深入的学习平台。通过理论的学习和案例的分析，读者不仅能够掌握自动控制的基本原理和方法，更能培养解决实际工程问题的能力，为未来的科技创新和产业发展贡献力量。这是一场关于系统运行智慧的探索之旅，期待与您一同启程。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计挺有意思的，那种深蓝和银灰的搭配，看起来就透着一股严谨和专业范儿，很符合一本理工科教材的气质。我当初在书店里翻到它的时候，主要是被那个副标题吸引了——“21世纪高等院校自动化类实用规划教材”。这说明它不仅仅是理论的堆砌，更强调了与当前工程实践的接轨。刚开始接触这本书时，我最大的感受是内容编排的逻辑性很强，章节之间的过渡自然流畅，仿佛在引导读者一步步深入一个复杂的系统。比如，从最基础的系统建模，到频域分析，再到现代控制理论的引入，每一步都有清晰的数学推导作为支撑，同时又会穿插一些实际工程中的例子来辅助理解。那种感觉就像是跟了一个非常耐心的老师，他不会急于让你掌握高深的技巧，而是确保你的基础足够扎实。尤其值得一提的是，书里对经典控制理论的阐述非常透彻，像是根轨迹和波德图的绘制，讲解得深入浅出，即便是初次接触这些概念的同学，也能通过书中的图例和详尽的步骤，很快抓住核心要点。这种对基础的重视，在我后来的学习和项目中，起到了至关重要的作用。

评分☆☆☆☆☆

从一个已经接触过一些自动化项目实践的读者的角度来看，这本书的“实用规划”定位确实名副其实。它不仅仅停留在S域或Z域的分析层面，更重要的是，它为后续深入学习数字控制和现代工业控制系统打下了坚实的理论地基。比如，书中对离散化方法和数字控制器的设计思路的介绍，非常贴合当前工业控制的主流趋势。很多课程可能在介绍完连续系统后就草草收尾，但这本书很负责任地将连续系统和离散系统的联系解释清楚了。此外，书后附带的一些参考资料和拓展阅读建议也很有价值，它们为那些想要将理论知识应用到实际的工程师们指明了方向，比如如何选择合适的控制器参数，以及在实际系统调试中可能遇到的问题。总而言之，它不是一本用来应付考试的书，而是一本可以陪伴你度过本科阶段并作为工作参考手册的厚重之作。

评分☆☆☆☆☆

我得说，这本书的深度和广度确实值得称赞，它不像有些教材那样只停留在基础概念的表面，而是真正深入到了自动化系统设计的“里子”里。我特别欣赏它在处理非线性系统和现代控制部分时的处理方式。现代控制理论那一块，矩阵代数和状态空间描述的引入，是理解现代控制设计的关键门槛，而这本书巧妙地将抽象的数学工具和具体的系统性能指标联系起来，让人明白了为什么要用这些复杂的数学工具。状态观测器和反馈设计的部分，书里给出了非常清晰的设计流程，配套的算例也足够有代表性。读完这部分，你会有一种豁然开朗的感觉，不再觉得控制设计是黑箱操作。此外，对于一些前沿或在工业界应用广泛的主题，比如鲁棒控制或最优控制的初步介绍，这本书也没有放过，虽然篇幅不长，但足以让有志于深入研究的读者找到下一步学习的方向。这种前瞻性和实用性的平衡把握得相当到位，让我感觉这本书的价值不仅仅局限于课堂教学，对自学者也极其友好。

评分☆☆☆☆☆

与其他我翻阅过的几本教材相比，这本书在习题设计上的用心程度绝对是顶尖的。很多教材的习题往往是重复计算或者概念性的简单应用，但这里的习题明显经过精心设计，它们往往是针对某一特定难点或某一类工程问题的微缩模型。我记得有几道题，要求根据给定的系统参数推导出系统的可控性和可观测性，然后设计出满足特定时间响应要求的状态反馈控制器，这直接检验了你对前几章理论知识的综合运用能力。而且，许多习题的答案和详细的解题步骤都可以在附录中找到，这对于我们这些常常需要自我检验的学习者来说，简直是福音。这种“学完一个知识点，马上就能在习题中得到实战检验”的模式，极大地提高了学习效率。我个人的学习习惯就是做完一章的理论学习后，会集中精力攻克配套的习题，通过这种反馈回路，才真正把那些复杂的公式和定理“刻”在了脑子里，而不是停留在纸面上。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和插图质量，也间接影响了我的阅读体验。作为一本理工科教材，图表的清晰度至关重要，这本书在这方面做得非常出色。无论是时域响应曲线、根轨迹图还是频率特性图，线条都非常锐利，坐标轴的标注清晰可辨，而且图表的设计也很有助于直观理解。有些复杂的数学推导过程，作者会用分步标注的方式呈现，并配以简短的文字解释，避免了长串公式带来的阅读疲劳感。我特别喜欢它在引入新的控制方法时，会先用一个现实中的控制目标（比如“我们希望系统能够快速且无超调地到达目标值”）来驱动出所需的设计方法，这种“目标驱动”的叙事方式，让枯燥的理论学习过程变得更有目的性。这让读者始终能保持一种“我正在解决一个具体问题”的心态，而不是单纯地在记忆知识点。