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杨明，翁正新 著

图书标签:

• 工程控制
• 控制工程
• 自动控制
• 习题解答
• 基础
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• 学习
• 工程教育
• 自动化
• 控制原理

出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302384342

版次：1

商品编码：11703070

品牌：清华大学

包装：平装

丛书名： 全国高等学校自动化专业系列教材

开本：16开

出版时间：2015-05-01

用纸：胶版纸

页数：263

编辑推荐

　　本书的选题比较侧重于基本训练，同时考虑到部分同学报考硕士研究生的需求，选题时还参考了相关学校的研究生入学考试，扩大了本书的适用面。习题分为四种类型：基本题、深入题、实际题和MATLAB题，分别作为基本要求、进一步掌握以及学会运用现代计算机手段分析控制系统的训练要求。力求做到：
　　（1）在知道思想上，强调与IT技术结合；
　　（2）在内容安排上，坚持“加强基础，削枝强干”；
　　（3）在体系结构上，理清“三纵三横”。“三纵”指系统的“三域”模型（时域、复域、频域），“三横”指基于“三域”的控制系统“三性”（稳定性、动态特性、稳态特性）分析。

内容简介

　　本书是与上海交通大学国家精品课程“自动控制原理”主讲教材《工程控制基础》配套的学习辅导书和辅助教学用书。本书以国家精品教材《工程控制基础》为主线，参考教育部高等学校自动化类专业教学指导委员会对与“自动控制原理”课程相关的知识领域、知识单元、知识点的要求，本着“加强基础、削枝强干、注重应用、逐步更新”的原则，力图通过教材的要点提示和典型例题的分析求解，为广大读者学习此课程提供必须掌握的基础理论和基本方法。
　　本书可作为高等学校工科各专业，如电子信息类、机械工程类、电气工程类、仪器仪表类、工程物理类等专业本科生学习控制理论的辅导书，也可供相关领域专业技术人员参考。

目录

第1章导论
要点提示
1.1自动控制系统的基本原理和组成
1.2控制系统的分类
习题解答
第2章控制系统的数学模型
要点提示
2.1控制系统的时域数学模型——微分方程
2.2控制系统的复域数学模型——传递函数
2.3控制系统的频域数学模型——频率特性
2.4控制系统的方块图
2.5信号流图
习题解答
第3章自动控制系统的时域分析
要点提示
3.1控制系统的稳定性分析
3.2控制系统的稳态特性——稳态误差分析
3.2.1稳态误差定义
3.2.2稳态误差系数和稳态误差计算
3.2.3几点结论
3.3控制系统的动态特性——动态响应分析
3.3.1控制系统动态响应指标
3.3.2一阶系统的单位阶跃响应
3.3.3二阶系统的单位阶跃响应
3.3.4欠阻尼二阶系统的单位阶跃响应主要指标
3.3.5高阶系统的动态响应
3.3.6主导极点、偶极子和附加零极点
习题解答
第4章根轨迹法
要点提示
4.1根轨迹的幅值条件和相角条件
4.2绘制根轨迹的基本规则
习题解答
第5章线性系统的频域分析——频率响应法
要点提示
5.1频率特性
5.2频率特性图
5.2.1奈奎斯特（Nyquist）图
5.2.2伯德（Bode）图
5.2.3尼科尔斯（Nichols）图
5.3最小相位系统和非最小相位系统
5.4频域中的稳定性判据
5.4.1奈氏稳定性判据
5.4.2增益裕度GM
5.4.3相位裕度γ
5.5基于闭环频率特性的系统动态性能分析
习题解答
第6章线性控制系统的设计
要点提示
6.1常见的几种校正装置连接方式
6.2不同域中系统动态性能指标的相互关系
6.3串联超前校正
6.3.1伯德图法
6.3.2根轨迹法
6.4串联滞后校正
6.4.1伯德图法
6.4.2根轨迹法
6.5串联超前�仓秃笮Ｕ�
6.6局部反馈校正
6.7PID控制器
6.8前馈补偿与复合控制
6.8.1按输入补偿的复合控制系统
6.8.2按扰动补偿的复合控制系统
习题解答
第7章非线性反馈控制系统
要点提示
7.1非线性控制系统的概述
7.2描述函数法
7.2.1描述函数
7.2.2描述函数分析
7.3相平面法
7.3.1相轨迹的基本概念
7.3.2奇点和极限环
7.3.3相轨迹的绘制
7.3.4非线性系统的相平面分析
习题解答
第8章计算机控制系统
要点提示
8.1计算机控制系统的硬件组成
8.2采样与恢复
8.2.1采样过程
8.2.2采样定理
8.2.3信号恢复
8.3z变换
8.3.1z变换的定义
8.3.2z变换的基本性质
8.3.3z变换的求法
8.3.4z反变换的求法
8.4脉冲传递函数
8.4.1数字部分的脉冲传递函数
8.4.2连续部分的脉冲传递函数
8.4.3闭环脉冲传递函数
8.5离散控制系统的性能分析
8.5.1离散控制系统的稳定性分析
8.5.2离散控制系统的动态性能和稳态性能分析
8.6数字控制器的设计
习题解答

前言/序言

　　本书是与上海交通大学国家精品课程“自动控制原理”主讲教材《工程控制基础》配套的学习辅导书和辅助教学用书。本书以国家精品教材《工程控制基础》为主线，参考教育部高等学校自动化类专业教学指导委员会对与“自动控制原理”课程相关的知识领域、知识单元、知识点的要求，本着“加强基础、削枝强干、注重应用、逐步更新”的原则，力图通过教材的要点提示和典型例题的分析求解，为广大读者学习此课程提供必须掌握的基础理论和基本方法。
　　本书可作为高等学校工科各专业，如电子信息类、机械工程类、电气工程类、仪器仪表类、工程物理类等专业本科生学习控制理论的辅导书，也可供相关领域专业技术人员参考。

《工程控制基础习题解答》 一、本书内容概述 《工程控制基础习题解答》是一本旨在帮助学习者深入理解和掌握工程控制领域核心概念、原理与方法的习题解析类教材。本书聚焦于系统动力学、反馈控制、稳定性分析、系统响应、控制器设计等工程控制的基本要素，通过精选具有代表性、典型性和实用性的习题，并提供详尽、严谨的解题思路与步骤，旨在引导读者独立思考，举一反三，从而夯实理论基础，提升实际应用能力。 本书内容覆盖了工程控制学科的入门与进阶阶段，尤其适合高等院校工科专业本科生、研究生，以及从事自动控制、系统工程、机械工程、电气工程、航空航天工程等相关领域的工程技术人员。通过本书的学习，读者能够： 1. 建立扎实的理论基础： 深刻理解控制系统的数学模型构建（如传递函数、状态空间表示）、系统特性分析（如时域响应、频域响应）、稳定性判据（如劳斯判据、奈奎斯特判据、根轨迹法）等基本理论。 2. 掌握求解各类控制工程问题的能力： 能够运用所学理论，准确分析和解决工程中遇到的各种控制问题，包括但不限于系统建模、性能指标评估、稳定性保障、性能改进等。 3. 提升工程实践应用水平： 通过对实际工程问题的模拟与解析，培养将理论知识转化为解决实际工程挑战的能力，为未来从事复杂控制系统的设计、调试与优化打下坚实基础。 二、核心知识点解析与习题编排 本书的编排紧密围绕工程控制学科的主线，将抽象的理论概念转化为具体的解题实践。每一章都聚焦于一个或几个相互关联的核心知识点，并通过设计一系列难度递增的习题来巩固和拓展。 第一部分：系统建模与基本概念 本部分旨在帮助读者建立对控制系统基本组成、工作原理及数学建模方法的初步认知。 第一章：控制系统的基本概念与分类 核心内容： 介绍开环控制与闭环控制的区别与联系，线性与非线性系统、时不变与时变系统、连续时间与离散时间系统等基本分类。理解反馈在控制系统中的作用，掌握控制系统的典型组成部分（如传感器、控制器、执行器、被控对象）。 习题类型： 概念辨析题、系统结构图绘制题、开环与闭环系统性能比较题。例如，分析给出系统的工作模式（开环或闭环），说明其优缺点；绘制一个简单的温度控制系统的结构框图，标明各组成部分。 第二章：线性定常系统的数学模型 核心内容： 重点讲解如何将物理系统（如机械系统、电气系统、热力系统）转化为数学模型。详细介绍微分方程、传递函数、零极点、增益等概念，以及它们在描述系统动态特性中的作用。学习拉普拉斯变换在系统分析中的应用，掌握如何求解系统的传递函数。 习题类型： 根据物理原理（如牛顿第二定律、基尔霍夫定律）推导系统微分方程；将微分方程转化为传递函数；分析传递函数的零极点，初步判断系统特性。例如，给出LC或RLC电路的节点方程，推导其传递函数；分析一个质量-弹簧-阻尼系统的传递函数，确定其自然频率和阻尼比。 第三章：状态空间描述 核心内容： 介绍除传递函数外，另一种描述线性定常系统的重要方法——状态空间表示。学习状态变量的选择原则，理解状态方程和输出方程的意义。掌握传递函数与状态空间表示之间的相互转换。 习题类型： 根据系统结构图或微分方程建立状态空间方程；将状态空间方程转化为传递函数；从状态空间表示中分析系统的可控性和可观测性（初步）。例如，为一个二阶或三阶系统选择合适的状态变量，写出其状态空间方程；给定状态空间矩阵，求出其传递函数。 第二部分：系统时域分析与性能评估 本部分侧重于分析控制系统在不同输入信号作用下的动态响应，并引入一系列性能指标来量化和评估系统的性能。 第四章：单位阶跃响应分析 核心内容： 深入分析系统对单位阶跃输入的响应特性，这是评价系统动态性能的最常用方法。理解瞬态响应（如超调量、峰值时间、调节时间、上升时间）和稳态响应（如稳态误差）的含义。掌握不同系统参数（如阻尼比、自然频率）对单位阶跃响应的影响。 习题类型： 计算不同类型系统（如一阶、二阶、带积分环节的系统）的单位阶跃响应特性参数；分析系统参数变化对响应曲线的影响；根据给定的性能指标要求，选择或调整系统参数。例如，对于一个二阶系统，计算其不同阻尼比下的单位阶跃响应曲线，并分析超调量和调节时间的变化；给出系统的稳态误差公式，分析输入信号类型和系统环节对稳态误差的影响。 第五章：系统稳定性分析 核心内容： 稳定性是控制系统最基本的要求。本章详细介绍判断系统稳定性的方法，包括代数判据（如劳斯判据）和复域判据（如根轨迹法）。理解稳定性的物理意义，即系统在受到微小扰动后是否能恢复到平衡状态。 习题类型： 使用劳斯判据判断系统的稳定性，确定使系统稳定的参数范围；绘制系统根轨迹，分析闭环极点随开环增益变化的位置，从而判断系统的稳定性；分析系统是否存在临界稳定情况。例如，给定一个闭环系统的特征方程，使用劳斯判据判断其稳定性，并求出使系统稳定的增益取值范围；绘制一个简单系统的根轨迹，分析当增益变化时，系统极点如何移动，以及何时出现振荡或不稳定。 第六章：系统的稳态误差分析 核心内容： 稳态误差是衡量系统跟踪指令信号能力的指标。本章分析不同类型的系统（如0型、I型、II型系统）以及不同类型的输入信号（如单位阶跃、单位斜坡、单位加速度信号）下的稳态误差。学习如何通过增加积分环节来消除稳态误差。 习题类型： 计算不同系统类型和输入信号组合下的稳态误差；分析开环增益、积分环节等参数对稳态误差的影响；设计具有特定稳态误差指标的控制器。例如，计算一个包含积分环节的系统在单位斜坡输入下的稳态误差；分析为一个具有较大稳态误差的系统增加一个积分环节后，误差的变化情况。 第三部分：系统频域分析与控制器设计 本部分将引入频域分析工具，并基于时域和频域的分析结果，设计控制器以改善系统性能。 第七章：频率响应分析 核心内容： 学习如何通过分析系统对正弦信号的响应来评估系统性能。理解幅频特性曲线和相频特性曲线的意义。掌握伯德图、奈奎斯特图等频率响应分析工具，以及它们在评估系统稳定性、动态性能和抗干扰能力方面的作用。 习题类型： 根据系统传递函数绘制伯德图和奈奎斯特图；通过频率响应曲线分析系统的幅值裕度和相角裕度，从而判断系统稳定性；分析系统的截止频率、带宽等参数，评估系统的频率响应特性。例如，绘制一个二阶系统的伯德图，并分析其在不同频率下的幅值和相位变化；给定一个系统的奈奎斯特图，判断其闭环稳定性，并计算其幅值裕度和相角裕度。 第八章：根轨迹法在系统分析与设计中的应用 核心内容： 根轨迹法不仅是分析系统稳定性的工具，更是进行系统设计的重要手段。本章深入探讨如何利用根轨迹法来设计控制器（如串联校正），以满足特定的性能要求，如改善动态响应、提高稳定性等。 习题类型： 根据给定的性能指标（如期望的阻尼比、峰值时间），确定闭环极点在s平面上的位置，然后绘制根轨迹，并选择合适的控制器参数使根轨迹通过这些期望的极点位置。例如，要求设计一个控制器，使得系统的单位阶跃响应具有一定的超调量和较快的调节时间，利用根轨迹法选择控制器参数。 第九章：PID控制器设计 核心内容： PID（比例-积分-微分）控制器是最常用的一类控制器。本章详细介绍PID控制器的原理，以及如何根据系统的时域或频域特性，通过经验方法（如齐格勒-尼科尔斯方法）或基于模型的方法来整定PID参数。 习题类型： 根据系统模型，分别分析比例、积分、微分环节对系统性能的影响；使用经验方法整定PID参数，并验证其效果；分析PID控制器参数整定不当可能带来的问题。例如，为一个被控对象设计PID控制器，并分析调整P、I、D参数对系统响应的影响；给出一个控制系统的单位阶跃响应，分析如何通过调整PID参数来改善其超调量和调节时间。 第四部分：现代控制理论基础 本部分引入部分现代控制理论的概念，为进一步深入学习打下基础。 第十章：系统分析与设计的其他方法 核心内容： 简要介绍除经典控制理论外的其他分析与设计方法，如模糊控制、神经网络控制、自适应控制等（根据实际编写本书的侧重点略有不同）。介绍现代控制理论中的一些基本概念，如最优控制、能控性、能观性等。 习题类型： （根据具体介绍的内容而定）可能涉及对这些新方法基本原理的理解，或简单的系统分析问题。 三、本书特点 1. 理论与实践紧密结合： 本书并非简单地罗列公式和定理，而是通过大量的例题解析，将抽象的理论概念与具体的工程问题紧密联系起来，使读者在解决问题的过程中深刻理解理论精髓。 2. 循序渐进，由浅入深： 习题难度设计由易到难，从基本概念的理解到复杂系统的分析与设计，逐步引导读者构建完整的知识体系。 3. 解析详尽，思路清晰： 每一个习题都提供了详细的解题步骤和严谨的推导过程，并辅以深入的分析，帮助读者理解“为什么”这样做，而不仅仅是“怎么做”。 4. 覆盖面广，代表性强： 习题内容涵盖了工程控制领域最重要、最核心的知识点，具有很强的代表性，能够帮助读者全面掌握该学科的关键技能。 5. 实用性强，贴近工程实际： 许多习题的背景设定来源于实际工程中的常见问题，有助于读者将所学知识应用于实际工作。 6. 语言表述严谨规范： 采用学术界通用的术语和表达方式，力求准确、清晰，避免歧义。 四、适用读者 高等院校工科专业本科生： 是学习“自动控制原理”、“过程控制”、“系统工程”等课程的理想配套习题解答。 高等院校工科专业研究生： 为深入学习控制理论和进行科学研究打下坚实的基础。 工程技术人员： 从事自动控制系统设计、调试、优化及相关技术研发工作的工程师，可用于复习巩固理论知识，解决实际工程问题。 相关专业考研备考者： 是准备控制工程、自动化等专业研究生入学考试的重要参考资料。 通过本书的学习，读者将能够系统地提升在工程控制领域的知识水平和解决实际问题的能力，为在相关领域取得成功奠定坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

说实话，《工程控制基础习题解答》这本书，是我学习过程中一个非常重要的“助攻”。我的学习风格比较偏向于实践和应用，喜欢通过动手做题来理解理论。然而，工程控制领域的很多理论，尤其是涉及到传递函数、频率响应、根轨迹等概念时，初期的理解确实需要一定的引导。这本书就恰好填补了这个空白。它的习题选择非常有代表性，几乎涵盖了课程教学中的每一个重要章节和知识点。而且，题目下面的解答，不仅仅是给出一个最终结果，而是详细地展示了整个求解过程，包括了必要的数学推导、公式应用以及一些关键的分析步骤。这让我觉得，我不是在简单地抄写答案，而是在跟着一个清晰的思路在学习。我记得有一次，老师在课堂上讲了一个关于李雅普诺夫稳定性判据的理论，我当时听得云里雾里。回去后，我翻到这本书里关于李雅普诺夫方程的习题，看到了具体的应用例子，包括如何构造李雅普诺夫函数，如何进行求导和判别。通过这个具体的例子，我才真正理解了李雅普诺夫稳定性理论的核心思想。

评分☆☆☆☆☆

购买《工程控制基础习题解答》这本书，可以说是对我的学习效率有着立竿见影的提升。在接触到这本书之前，我常常花费大量时间在查找资料、理解概念、以及尝试各种解题思路的摸索上，效率低下且容易产生挫败感。这本书的出现，极大地改变了我的学习模式。它提供了一个非常结构化和系统化的学习路径。当我遇到课本上晦涩难懂的概念时，我可以通过书中对应的习题来验证自己的理解，并且通过解答中的详细步骤，来巩固和深化对这些概念的掌握。我特别欣赏的是，书中在讲解某些复杂系统分析方法时，不仅仅是给出公式，还会配以简洁明了的图示，这对于我这种视觉型学习者来说，非常有帮助。举个例子，关于奈奎斯特图的绘制和判据的理解，我之前总是觉得很抽象，难以把握。但这本书里的习题解答，通过几个由浅入深的例子，一步步展示了如何从开环传递函数推导出开环频率响应，再根据频率响应绘制出奈奎斯特图，并最终进行稳定性判断。每一个过渡环节都讲解得非常到位，让我能够清晰地看到整个分析过程的脉络。

评分☆☆☆☆☆

这本书我是在大三下学期接触到的，那时候正是我们专业课进入攻坚阶段的时候，很多理论知识都开始变得抽象和复杂。说实话，刚拿到《工程控制基础习题解答》的时候，我并没有抱太大的期望，觉得不过是课本知识的简单罗列和习题的答案罢了。然而，当我开始翻阅，尤其是遇到那些让我头疼不已的理论概念和计算题时，这本书的价值就慢慢显现出来了。它不仅仅是提供了一个最终答案，更重要的是，它在解答的每一步都进行了详尽的推导和解释，这对于我这种需要理解“为什么”而不是仅仅记住“是什么”的学习者来说，简直是如获至宝。我记得有一次，老师布置了一道关于系统稳定性分析的难题，我卡了好久，尝试了各种方法都不得其解。翻到这本书里相关的习题，它不光给出了最终的稳定性判据，还一步一步地展示了如何从系统的传递函数出发，利用劳斯判据或其他方法进行分析，其中一些关键步骤的数学推导和物理意义的解读，让我豁然开朗。这本书的解答清晰、逻辑性强，而且很多地方还穿插了对一些易错点的提醒，这大大减少了我做题时的迷茫感。它让我明白，工程控制并不是一堆枯燥的公式和定理，而是有其内在的逻辑和精妙之处的。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，《工程控制基础习题解答》这本书，是我在面对工程控制领域的那些“拦路虎”时，一个相当可靠的“救星”。这本书的独特之处在于，它并没有停留在仅仅提供“正确答案”的层面，而是深入到“如何得出正确答案”的全过程。这对于我这样需要理解每一个细节和逻辑链条的学习者来说，是极其宝贵的。我记得有一次，我们学习闭环系统的时域响应分析，包括超调量、调节时间等性能指标的计算。课本上的公式虽然给出，但实际应用起来却常常感到生疏。这本书里的相关习题，通过不同的传递函数形式，一步步地演示了如何从传递函数推导出单位阶跃响应的表达式，然后如何从中提取出这些性能指标，并分析不同参数变化对这些指标的影响。这些详细的步骤，让我能够将抽象的数学公式与具体的系统性能联系起来，从而对系统的动态特性有了更直观的理解。它不仅仅是解决了一道习题，更重要的是，它解决了我对于某个知识点应用上的困惑。

评分☆☆☆☆☆

我入手《工程控制基础习题解答》的契机，说起来有些戏剧性。我们实验室的学长学姐推荐的，他们说这本书是他们当年“熬夜必备”的神器。当时我正为期末的信号与系统考试焦头烂额，各种复杂的拉普拉斯变换、傅里叶变换、卷积积分让我头晕眼花。偶然翻到这本书，发现里面恰好涵盖了我们考试范围内的绝大部分题型。最让我惊喜的是，它不只是给出了题目的答案，更重要的是，它将每一个答案的得出过程都剖析得淋漓尽致。例如，对于一个涉及到状态空间方程的题目，这本书不仅仅给出了最终的状态转移矩阵，还详细讲解了如何通过特征值分解或其他的矩阵运算方法来求解，并且在一些难点的地方，还会补充相关的背景知识或者一些更巧妙的解题技巧。我印象最深的是一章关于PID控制器整定方法的习题，我之前总是在理论和实践之间感到割裂，不知道如何将Ziegler-Nichols方法等应用到实际的参数调整中。这本书的习题解答，通过几个典型的例子，将理论公式与实际操作结合起来，让我看到了理论的指导意义，也学到了很多经验性的判断。它就像一位经验丰富的老师，在我遇到瓶颈时，耐心地指导我，让我一步步地克服困难。