普通高等教育“十二五”规划教材：自动控制原理与仿真（Scilab应用） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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谢援朝 编

图书标签:

• 自动控制原理
• Scilab
• 仿真
• 高等教育
• 教材
• 控制工程
• 数学模型
• 系统分析
• 规划教材
• 十二五

出版社： 中国电力出版社

ISBN：9787512331709

版次：1

商品编码：11078934

包装：平装

开本：16开

出版时间：2012-08-01

用纸：胶版纸

页数：335

字数：525000

正文语种：中文

内容简介

《普通高等教育“十二五”规划教材：自动控制原理与仿真（Scilab应用）》共十章，主要内容包括经典控制原理与仿真概述，经典控制系统数学模型，线性连续系统的时域分析，根轨迹分析、频域分析、系统校正，PID控制参数整定及其系统仿真，线性离散时间控制系统分析，非线性控制系统的仿真分析，开关量逻辑控制基础知识。各章有小结、思考题与习题，以及相应的Scilab/Xcos应用举例。
《普通高等教育“十二五”规划教材：自动控制原理与仿真（Scilab应用）》可作为本科能源动力类和高职高专电力技术类自动控制原理课程的教材，也可作为生产过程自动化培训教材。

内页插图

目录

前言
第一章 概述
第一节 自动控制技术与系统组成
第二节 自动控制系统分类
第三节 控制系统性能要求
第四节 自动控制原理的基本内容及应用
第五节 计算机辅助设计与仿真应用知识
本章小结
思考题与习题

第二章 经典控制系统数学模型
第一节 经典控制中的数学模型
第二节 微分方程与传递函数
第三节 典型环节数学模型描述
第四节 方框图及其等效变换
第五节 简单控制系统的数学模型
第六节 控制器的数学模型
第七节 Scilab在系统数学描述中的应用
本章小结
思考题与习题

第三章 线性连续控制系统的时域分析
第一节 典型输入信号与时域响应性能指标
第二节 系统稳定性分析
第三节 系统动态性能分析
第四节 高阶系统动态性能分析
第五节 系统稳态性能分析
第六节 Scilab在时域分析中的应用
本章小结
思考题与习题

第四章 线性连续系统的根轨迹分析
第一节 根轨迹分析法的基本概念
第二节 绘制根轨迹的基本规则和方法
第三节 用根轨迹分析系统性能
第四节 系统结构参数对根轨迹的影响
第五节 Scilab在根轨迹分析中的应用
本章小结
思考题与习题

第五章 线性连续控制系统的频域分析
第一节 频域分析法的基本概念
第二节 典型环节频率特性
第三节 用频域法分析系统性能
第四节 Scilab在频域分析法中的应用
本章小结
思考题与习题

第六章 线性连续控制系统的校正
第一节 控制系统设计与校正的基本概念
第二节 局部反馈校正
第三节 前馈补偿校正
第四节 串联校正
本章小结
思考题与习题

第七章 PID控制参数整定及其系统仿真
第一节 PID控制器
第二节 PID参数整定方法
第三节 PID参数工程整定法应用仿真
第四节 大迟延控制系统和比值控制系统的仿真
本章小结
思考题与习题

第八章 线性离散时间控制系统的分析
第一节 离散时间控制系统的基本概念
第二节 信号的采样和复现
第三节 差分法与差分方程
第四节 Z变换与脉冲传递函数
第五节 线性离散时间系统的数学模型
第六节 线性定常离散时间系统的稳定性分析
第七节 线性定常离散时间系统动态性能分析
第八节 线性定常离散时间系统稳态性能分析
第九节 数字计算机控制及其采样周期的影响
第十节 数字PID控制器及其系统仿真
本章小结
思考题与习题

第九章 非线性控制系统的仿真分析
第一节 非线性系统基本概念
第二节 典型的非线性特性环节
第三节 非线性系统的分析方法简介
第四节 非线性控制系统的Xcos仿真应用分析
本章小结
思考题与习题
第十章 开关量逻辑控制系统简介
第一节 开关量控制系统基本概念
第二节 基本逻辑功能环节
第三节 可靠性技术基础知识
本章小结
思考题与习题

附录 Scilab科学计算自由软件应用基础
附录A Scilab应用基础
附录B Xcos应用基础
附录C CACSD应用基础
附录D Scilab部分常用指令函数
附录E Scilab的许可协议参考译文
参考文献

前言/序言

《自动控制原理与仿真（Scilab应用）》 内容概述 本书系统地阐述了自动控制的基本理论、方法和技术，并紧密结合实际应用，重点介绍了如何利用开源的Scilab/Xcos软件进行系统建模、分析与仿真。全书内容严谨、逻辑清晰，既涵盖了自动控制领域的经典知识，又融入了现代控制工程的最新进展，旨在培养读者扎实的理论基础和卓越的工程实践能力。 第一篇 自动控制系统基础 本篇是全书的基石，详细介绍了自动控制系统的基本概念、组成及其分类。 绪论： 引入自动控制系统的概念，阐述其在现代科学技术和工业生产中的重要性，并简要回顾自动控制理论的发展历程。读者将初步了解反馈控制、开环控制等基本术语，以及控制系统在日常生活和工业生产中的广泛应用，如家用电器、航空航天、机器人等。 自动控制系统的基本概念： 深入剖析自动控制系统的基本组成要素，包括传感器、控制器、执行器以及被控对象。系统地介绍系统输入、输出、扰动等基本信号，并定义了稳态误差、瞬态响应等关键性能指标。本章将通过实例，如温控器、巡航控制系统，帮助读者理解这些抽象概念。 数学模型： 建立自动控制系统的数学模型是进行分析和设计的前提。本章将介绍几种常用的系统建模方法，包括微分方程法、传递函数法、状态空间法等。详细讲解如何将实际物理系统（如机电系统、热系统）转化为数学模型，并推导典型环节（如比例环节、积分环节、微分环节、惯性环节、振荡环节）的传递函数。 线性系统的时域分析： 本章聚焦于线性定常系统的瞬态响应和稳态响应分析。通过引入单位阶跃响应、单位脉冲响应等标准输入信号，分析系统的动态特性。深入讲解了系统的稳定性概念，以及如何通过特征方程、Routh判据等方法判断系统的稳定性。同时，对系统的超调量、峰值时间、调节时间等时域性能指标进行了详细阐述。 线性系统的频域分析： 频域分析是判断系统性能和稳定性的另一种重要手段。本章介绍如何利用频率响应来描述系统的特性。详细讲解了幅频特性、相频特性及其绘制方法（如Bode图、Nyquist图）。通过幅相裕度、相角裕度等概念，深入探讨了系统的稳定性判据，并分析了频域指标与时域指标之间的关系。 第二篇 控制系统的设计与校正 本篇在掌握了自动控制系统的基本分析方法后，重点介绍如何通过设计和校正来改善系统的性能。 根轨迹法： 根轨迹是描述系统参数变化时，闭环系统极点（即系统的特征值）运动轨迹的图形。本章详细讲解了绘制根轨迹的法则，并通过根轨迹图来分析系统参数变化对系统性能（特别是稳定性）的影响，以及如何利用根轨迹法进行系统参数设计。 频率域校正方法： 在频域范围内，通过引入超前、滞后或超前-滞后校正装置来改善系统的性能。本章将详细介绍各种校正装置的幅频特性和相频特性，以及如何根据Bode图和Nyquist图来设计校正环节，以满足稳定性、精度和动态响应等方面的要求。 PID控制器设计： PID控制器是工程中最常用、最经典的一种控制器。本章将深入讲解比例（P）、积分（I）、微分（D）控制的作用机理，以及如何根据系统特性和性能要求来整定PID控制器的参数。将介绍几种常用的PID参数整定方法，如Ziegler-Nichols方法、试凑法等。 状态空间方法与现代控制理论： 针对复杂的、高阶的系统，本章引入了现代控制理论的分析方法——状态空间法。详细介绍状态方程、输出方程的建立，以及如何进行系统能控性和可观测性的分析。在此基础上，将介绍状态反馈控制和观测器设计，这是现代控制工程的重要组成部分。 第三篇 自动控制系统的仿真与应用 本篇将理论知识与实际工程相结合，重点在于利用Scilab/Xcos软件进行系统的仿真与应用。 Scilab/Xcos基础： 介绍Scilab和Xcos的基本概念、操作界面和常用功能。读者将学习如何利用Scilab进行矩阵运算、函数定义、脚本编程，以及如何利用Xcos强大的图形化模块进行控制系统建模。 系统建模与仿真： 结合前两篇的理论知识，本章将指导读者如何在Xcos中建立各种线性、非线性系统的模型。通过拖拽和连接各种模块，直观地搭建系统结构。详细演示如何输入控制信号，并运行仿真，观察系统的时域和频域响应。 经典控制系统仿真： 利用Xcos对各种经典的控制系统进行仿真。包括开环系统、闭环系统、带扰动的系统、以及不同控制器（P、PI、PID、超前、滞后）作用下的系统仿真。通过仿真结果的对比分析，加深对控制理论的理解，并直观展示校正方法的效果。 现代控制系统仿真： 运用状态空间描述，在Scilab/Xcos中实现现代控制系统的仿真。演示如何利用Scilab的矩阵运算功能处理状态方程，并在Xcos中搭建状态反馈和观测器仿真模型。 实际工程应用案例： 本章将选取几个典型的工程应用案例，如电机调速系统、机器人运动控制、无人机姿态控制等，详细讲解如何运用本书所学的理论知识和Scilab/Xcos仿真工具进行系统设计、分析和优化。通过这些案例，读者能够将理论与实践紧密结合，提升解决实际工程问题的能力。 本书特色： 理论与实践并重： 深入浅出的理论讲解与生动具体的工程应用相结合，使读者既能掌握控制理论精髓，又能熟练运用现代仿真工具。 Scilab/Xcos集成应用： 重点突出Scilab/Xcos在自动控制领域的强大功能，提供大量实例，指导读者从零开始掌握基于该平台的系统建模、仿真与分析。 内容全面系统： 覆盖自动控制原理的经典内容，并适当引入现代控制理论，满足不同层次读者的学习需求。 语言通俗易懂： 采用清晰流畅的语言，配合丰富的图示和例题，降低学习难度。 通过学习本书，读者将能够独立完成自动控制系统的分析、设计与仿真任务，为从事相关领域的研发、设计和工程应用打下坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

这本书最大的亮点之一，在于它将“仿真”这一概念融入了自动控制原理的教学之中，并且选择了Scilab这一强大的开源平台。这对于我这样希望将理论知识转化为实践能力的读者来说，无疑是一份厚礼。过去，我们可能更多地依赖于教科书上的例题和公式进行理论推导，但往往缺乏一个直观的工具来验证和探索。而这本书，通过Scilab，让我们能够在计算机上“看到”控制系统的运行过程，理解那些抽象的数学语言所描述的物理意义。 我特别喜欢书中关于“状态空间法”的介绍。虽然在传统的控制理论学习中，状态空间法可能显得比较抽象，但通过Scilab的仿真，我们可以清晰地看到状态变量如何随时间变化，以及如何通过状态反馈来实现系统的控制。书中提供的代码示例，演示了如何建立状态空间模型，进行系统能控性、可观测性的分析，以及设计状态反馈控制器。这些操作在Scilab中都显得非常直接和便捷，让我对状态空间法的理解不再停留在概念层面，而是能够真正地运用它来解决实际问题。

评分☆☆☆☆☆

在阅读《自动控制原理与仿真（Scilab应用）》的过程中，我深刻体会到了“学以致用”的乐趣。书中提供的Scilab代码示例，不仅质量很高，而且可读性强，方便我进行修改和扩展。当我能够将书中的代码应用到我自己的小项目中，或者对书中的案例进行一些创新性的尝试时，那种成就感是无与伦比的。这本书不仅仅是提供知识，它更像是一个“赋能器”，让我能够主动地去探索和解决问题。 让我印象深刻的是书中对“系统辨识”的详尽阐述。通过仿真生成的数据来辨识系统模型，这在许多实际工程场景中都非常有用，例如对未知系统的建模，或者对动态变化的系统的实时辨识。书中提供的Scilab代码，演示了如何利用各种算法来进行系统辨识，并且分析了辨识结果的准确性。这让我意识到，在实际工程中，我们往往需要从数据出发，去理解和构建系统模型，而这本书为我提供了实现这一目标的有力工具。

评分☆☆☆☆☆

这本《自动控制原理与仿真（Scilab应用）》给我的感觉就像是开启了一扇通往复杂工程世界的大门，而Scilab就是我手中那把最趁手的钥匙。在翻阅之前，我一直觉得自动控制原理是一门抽象且难以捉摸的学科，那些微分方程、传递函数、根轨迹图，在脑海中总是模糊不清，仿佛隔着一层迷雾。然而，这本书以一种极其清晰且富有启发性的方式，一步步地将这些概念具象化。它并非简单地罗列公式和理论，而是将原理与实际应用紧密结合，通过Scilab这一强大的仿真工具，让理论不再是冰冷的文字，而是跃然纸上的动态过程。 我尤其欣赏书中对仿真案例的选取和解析。从最基础的二阶系统响应分析，到PID控制器设计与整定，再到更复杂的系统稳定性判断和模态分析，每一个章节都配有详实的代码示例和结果解读。当我亲自在Scilab环境中运行这些代码，观察系统参数变化带来的动态响应曲线时，那些原本抽象的数学模型瞬间变得鲜活起来。我能够直观地看到系统是过阻尼、欠阻尼还是临界阻尼，能够体会到比例、积分、微分参数对系统性能的影响，甚至能够理解为什么在一个实际的机器人控制系统中，我们需要对速度和位置进行精确的反馈。这种“动手实践”的学习方式，极大地加深了我对自动控制原理的理解，也培养了我独立解决实际工程问题的能力。

评分☆☆☆☆☆

阅读《自动控制原理与仿真（Scilab应用）》的过程，对我而言更像是一次循序渐进的实践训练。书中并没有一开始就抛出晦涩难懂的理论，而是从最基本、最直观的概念入手，然后逐步引入更高级的主题。章节之间的衔接非常流畅，每一部分的学习都建立在前一部分的基础上，使得整体的学习曲线相对平缓。对于我这样一个初学者来说，这无疑是至关重要的。我能够一步步地建立起对自动控制原理的认知，而不会感到 overwhelmed。 我特别喜欢书中对“系统辨识”的介绍。通过仿真，我们可以尝试建立一个已知系统的数学模型，然后利用仿真生成的数据来“辨识”出这个模型。这让我深刻理解了模型的重要性，以及如何在实际工程中获取和验证模型的有效性。书中提供的Scilab代码示例，演示了如何利用最小二乘法等方法进行系统辨识，并对比了辨识模型与真实模型之间的差异。这种“逆向思维”的训练，让我对模型的构建和应用有了更深的理解，也为我将来面对未知系统时提供了宝贵的思路。

评分☆☆☆☆☆

这本书的出现，彻底改变了我过去对“仿真”的理解。在此之前，我可能认为仿真只是对已有模型的一种验证，或者是一种模拟过程。但《自动控制原理与仿真（Scilab应用）》让我意识到，仿真本身就是一种强大的分析和设计工具。它不仅能够帮助我们验证理论模型的正确性，更重要的是，它能够让我们在安全、高效的环境下探索各种设计方案，优化系统参数，预见潜在的问题，从而大大缩短研发周期，降低开发成本。书中对于不同仿真方法的介绍，例如时域仿真、频域仿真、以及基于状态空间模型的仿真，都给我留下了深刻的印象。 我记得在学习PID控制器章节时，书中不仅仅提供了PID的数学模型，更重要的是，通过Scilab的仿真，展示了不同P、I、D参数组合对系统响应的影响。从快速但可能超调的参数，到缓慢但稳健的参数，再到找到最优参数的过程，都通过生动的图示和数据呈现出来。这让我理解了PID参数整定的艺术，而不仅仅是死记硬背公式。此外，书中还探讨了如何利用仿真来分析系统的鲁棒性，以及如何在仿真中引入噪声和干扰，这些都是在实际工程中必须考虑的因素。通过这些仿真实验，我仿佛置身于一个虚拟的实验室，可以自由地“玩转”各种控制系统，从中获得宝贵的工程经验。

评分☆☆☆☆☆

在我初次拿到这本书时，我抱着一种尝试的心态，因为之前对于Scilab这款开源软件了解不多，只知道它在科学计算领域有着广泛的应用，但具体如何与自动控制原理结合，我并没有一个清晰的概念。然而，随着阅读的深入，我逐渐被书中Scilab的强大功能所吸引。它简洁的语法、丰富的工具箱，以及强大的可视化能力，使得原本复杂的自动控制系统仿真变得触手可及。书中对Scilab各个函数的应用讲解，从基础的矩阵运算、绘图函数，到专门的控制系统工具箱，都非常细致。 我印象最深的是书中关于传递函数建立和仿真的部分。通过Scilab，我们可以轻松地定义传递函数，然后进行伯德图、奈奎斯特图、根轨迹图的绘制，这些传统上需要大量手算才能完成的分析，在Scilab中只需几行代码即可实现。更重要的是，书中还提供了如何将这些分析结果用于系统设计和参数调整的指导。例如，通过根轨迹图可以直观地了解系统稳定性的变化，从而指导我们调整控制器参数。这种理论与工具的完美结合，让我觉得学习自动控制原理变得更加高效和有趣。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，在我翻开这本书之前，我对于“自动控制”的认识可能还停留在一些比较基础的层面上，例如简单的伺服系统或者温度控制。而这本书，则将我带入了更广阔的自动化世界。它所涵盖的理论深度和广度，以及对Scilab仿真工具的巧妙运用，让我深刻认识到自动控制在现代工业、航空航天、机器人等领域的关键作用。书中关于系统稳定性分析的章节，通过根轨迹、Bode图等方法，以及在Scilab中的仿真演示，让我能够从不同角度理解一个系统的稳定性，并知道如何通过设计来改善系统的稳定性。 我还非常欣赏书中对“非线性系统”的初步探讨。虽然非线性系统是自动控制领域中一个非常复杂的课题，但书中通过一些简单的例子，比如饱和、死区等非线性环节的仿真，让我初步领略到了非线性系统带来的挑战，以及如何利用仿真工具来分析这些挑战。这为我将来深入学习非线性控制打下了基础。这种循序渐进的教学方式，使得我在不知不觉中，不断提升着自己对自动控制原理的理解程度。

评分☆☆☆☆☆

对于我来说，这本书不仅仅是一本技术书籍，更像是一本“工程启蒙读物”。它不仅仅传授了自动控制的原理，更重要的是，它教会了我如何运用现代化的仿真工具来分析和解决工程问题。Scilab的引入，极大地降低了自动控制仿真的门槛，让更多的人能够接触和学习这门重要的工程学科。书中对各种控制算法的仿真实现，从最基础的PID，到更高级的模糊控制、神经网络控制，都提供了详实的范例。 我印象特别深刻的是书中关于“模型预测控制”（MPC）的介绍。MPC是一种非常强大的先进控制策略，但其理论和实现都相对复杂。这本书通过Scilab的仿真，将MPC的核心思想和基本流程进行了清晰的阐述，并且提供了相应的代码示例。虽然我还没有完全掌握MPC的全部细节，但通过仿真，我能够直观地感受到MPC在处理多变量、约束条件下的系统时所展现出的优越性。这种对前沿技术的介绍，让我对自动控制领域的发展趋势有了更清晰的认识。

评分☆☆☆☆☆

从一个读者的角度来看，这本书的价值在于它将自动控制原理这样一门相对抽象的学科，与Scilab这样强大的仿真工具相结合，形成了一种“理论+实践”的学习模式。这使得学习过程不再枯燥乏味，而是充满了探索的乐趣。我尤其赞赏书中对“反馈控制”的深入讲解。通过Scilab的仿真，我能够直观地看到反馈信号如何抵消扰动，如何使系统趋于稳定。这对于我理解反馈控制的本质和重要性，起到了至关重要的作用。 书中关于“多输入多输出（MIMO）系统”的介绍，也让我大开眼界。MIMO系统在许多复杂的工程应用中都非常常见，例如飞行器的姿态控制，或者工业生产过程中的多变量协调控制。虽然MIMO系统的理论分析和设计都更加复杂，但通过Scilab的仿真，我们可以对MIMO系统的动态特性有一个初步的认识，并理解一些基本的控制策略。这本书为我打开了MIMO系统的大门，激发了我进一步深入学习的兴趣。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我最大的启发，在于它不仅仅是知识的传递，更是一种“解决问题的方法论”的传授。它让我认识到，在面对复杂的工程问题时，理论推导固然重要，但仿真分析同样不可或缺。通过Scilab，我们可以将抽象的理论模型转化为具体的仿真场景，从而在真实的世界发生之前，发现问题、解决问题。书中对各种控制系统性能指标的仿真分析，例如上升时间、超调量、稳态误差等，都提供了清晰的计算方法和可视化展示，让我能够量化地评估和优化控制系统的性能。 我尤其喜欢书中关于“控制器整定”的章节。这部分内容在实际工程中具有极高的价值。书中不仅仅提供了理论上的整定方法，例如Ziegler-Nichols方法，更重要的是，通过Scilab的仿真，展示了不同整定方法的效果，以及如何根据实际的系统响应来调整控制器参数。这种将理论与实践相结合的方式，让我能够真正地掌握控制器整定的技巧，而不是仅仅停留在理论层面。