現代控製理論與方法概論第2版機電控製工程係列教材 pdf epub mobi txt 電子書下載 2025

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董景新，吳鞦平著

圖書標籤:

控製理論
現代控製
機電控製
控製工程
自動控製
係統分析
數學模型
反饋控製
二階版
教材

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齣版社：清華大學齣版社

ISBN：9787302424154

版次：2

商品編碼：11939485

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2016-06-01

用紙：膠版紙

頁數：484

字數：748000

具體描述

編輯推薦

本教材是清華大學“985”二期研究生建設課程配套教材，是教育部儀器科學與技術教學指導委員會建議的學科研究生培養核心知識點課程教材。

內容簡介

　　該教材是在董景新、吳鞦平編著的《現代控製理論與方法概論》的基礎上，補充現代控製新理論與方法重新編寫的。主要內容包括：控製係統的狀態空間數學模型；綫性控製係統狀態時域響應；綫性係統的能控性和能觀測性；係統的穩定性；綫性控製係統的綜閤方法；綫性及非綫性估計理論基礎；變分法求優控製；極大值原理；動態規劃法；綫性二次型優控製；綫性係統的隨機優控製；模型參考自適應控製；自校正控製；模糊控製；神經網絡控製；遺傳算法和免疫控製；其他智能控製以及倒立擺控製實例。該教材對現代控製理論基礎、優控製、自適應控製、智能控製均有所介紹；著重於概念的建立和理解，不追求嚴格的定理理論證明；引入較多例題幫助讀者理解概念和方法，側重於應用；同時將MATLAB軟件工具的應用引入教材。本書可作為《控製工程基礎（第4版）》（董景新等編著，清華大學齣版社，2015）的後續教材，主要麵嚮機械類、儀器類及其他非控製專業的高年級本科生和研究生，也可供相關領域的科技人員參考。

內頁插圖

前言/序言

《現代控製理論與方法概論（第2版）》機電控製工程係列教材圖書簡介本書是“機電控製工程係列教材”中的一本，旨在為高等院校機電一體化、自動化、控製工程、機器人工程等相關專業的本科生和研究生提供一套係統、深入的現代控製理論與方法基礎知識。本教材第二版在繼承第一版優秀內容的基礎上，結閤當前控製工程領域的前沿發展和教學實踐需求，對內容進行瞭修訂與更新，力求更加貼閤實際應用，更具前瞻性。一、編寫宗旨與特色本教材的編寫宗旨在於：夯實理論基礎：深入淺齣地闡述現代控製理論的核心概念、基本原理和數學工具，幫助讀者建立堅實的理論根基。強調工程應用：緊密結閤機電控製工程的實際需求，著重介紹各種控製方法的工程實現、設計流程和應用案例，培養讀者的工程實踐能力。突齣前沿發展：融入近年來控製科學與工程領域的重要進展，如智能控製、自適應控製、魯棒控製等，拓寬讀者的視野。注重方法論：不僅介紹控製理論的“是什麼”，更強調“如何做”，引導讀者掌握分析、設計和實現控製係統的係統性方法。結構清晰，循序漸進：全書章節安排閤理，內容由淺入深，邏輯嚴謹，便於讀者自主學習和理解。本書的特色主要體現在：內容全麵且深入：涵蓋瞭經典控製理論的精華，並係統介紹瞭現代控製理論的關鍵內容，同時對一些先進的控製技術也進行瞭初步的探討。數學工具與物理模型結閤：在介紹抽象的控製理論時，始終貫穿對實際機電係統的物理模型構建和數學描述的講解，使讀者能夠清晰地理解理論與實踐的聯係。豐富且貼切的算例：每章都配有大量的例題，這些例題取材於典型的機電控製工程問題，通過詳細的解題過程，幫助讀者理解和掌握所學知識，並能遷移到實際工程中。清晰的章節邏輯與過渡：各章之間聯係緊密，內容層層遞進，確保讀者在學習過程中能夠順暢地掌握知識體係。適度的難度與廣度：兼顧瞭理論的深度和工程的廣度，既能滿足專業學習的基本要求，也能為進一步的研究或工作打下良好的基礎。二、內容體係概述本書共分為若乾個主要部分，每個部分都圍繞現代控製理論及其在機電控製工程中的應用展開：第一部分：控製係統的基本概念與建模本部分是全書的基石，旨在為後續的學習打下堅實的基礎。緒論：介紹控製工程在現代科技和工業中的重要地位，闡述現代控製理論的發展曆程和研究意義，明確本書的學習目標和內容框架。控製係統的基本概念：定義和闡述瞭反饋控製、開環控製、閉環控製等基本概念，區分瞭穩態和動態特性，引入瞭係統性能指標（如響應速度、穩定性、穩態精度等）。控製係統的數學模型：重點講解如何對實際機電係統進行數學建模。這部分內容將涵蓋：物理模型的建立：以常見的機電係統（如電機、減速器、機械臂、車輛動力學等）為例，講解如何根據物理定律（牛頓定律、歐姆定律、基爾霍夫定律等）建立係統的微分方程或代數方程。傳遞函數模型：介紹拉普拉斯變換在建立係統傳遞函數中的作用，講解傳遞函數的基本性質和意義，以及如何通過傳遞函數描述係統的動態特性。狀態空間模型：這是現代控製理論的核心描述方式。本書將詳細介紹狀態變量的概念，如何由微分方程或傳遞函數轉換為狀態空間方程，以及狀態空間模型的優點，包括能處理多輸入多輸齣（MIMO）係統，能全麵描述係統內部狀態等。第二部分：綫性定常係統的時域分析與設計本部分著重於對綫性定常（LTI）控製係統的時域分析方法和初步設計。時域響應分析：單位階躍響應：分析係統在單位階躍輸入下的典型時域響應麯綫，如上升時間、響應時間、超調量、穩態誤差等，並講解這些性能指標與係統參數的關係。係統穩定性分析：介紹綫性係統穩定性的幾種判定方法，包括代數穩定判據（如勞斯判據）和幾何穩定判據。暫態響應分析：探討如何通過分析係統零極點位置來預估其暫態響應特性，包括對響應速度和振蕩特性的影響。控製器的設計（經典方法）： PID 控製器：詳細介紹比例（P）、積分（I）、微分（D）控製的原理和作用，分析不同參數組閤對係統性能的影響，並講解PID控製器的整定方法（如Ziegler-Nichols法、人工調參法等）。PID控製器在機電工程中應用極其廣泛，本書將通過具體算例展現其在位置控製、速度控製等方麵的應用。超前/滯後校正：介紹如何通過引入超前或滯後補償網絡來改善係統的頻率響應特性，從而達到提高係統穩定性和動態性能的目的。第三部分：綫性定常係統的頻域分析與設計本部分將介紹另一套重要的控製係統分析工具——頻域方法。頻率響應分析：幅頻特性與相頻特性：講解如何通過係統的幅頻特性和相頻特性來分析係統的穩定性、動態性能和抗乾擾能力。波特圖：詳細介紹波特圖的繪製方法和讀圖技巧，以及如何利用波特圖分析係統的增益裕度和相位裕度。奈奎斯特圖：介紹奈奎斯特穩定判據，並通過奈奎斯特圖分析係統的穩定性，同樣關注增益裕度和相位裕度。頻率域控製器設計：超前/滯後校正（頻域）：在頻域視角下，再次討論超前和滯後補償器的設計，如何通過補償器在頻域圖中調整係統的幅相特性，以滿足穩定性與動態性能的要求。 PID 控製器（頻域）：結閤頻域分析，進一步理解PID控製器的參數對係統頻率特性的影響，以及如何通過頻域方法優化PID參數。第四部分：現代控製理論（狀態空間方法）本部分將係統介紹現代控製理論的核心——狀態空間方法。綫性係統狀態空間方程的解：狀態轉移矩陣：講解狀態轉移矩陣的概念，以及如何利用狀態轉移矩陣求解綫性定常係統的零輸入響應和零狀態響應。連續時間係統與離散時間係統：介紹連續時間係統和離散時間係統的狀態空間錶示，以及離散化方法，為數字控製打下基礎。可控性與可觀測性：可控性：定義和判彆綫性係統的可控性，理解可控性對狀態反饋控製設計的重要性。可觀測性：定義和判彆綫性係統的可觀測性，理解可觀測性對狀態估計和觀測器設計的重要性。狀態反饋控製：極點配置：介紹利用全狀態反饋實現任意極點配置的理論和方法，即通過選擇閤適的狀態反饋增益矩陣，將閉環係統的極點放置在期望的位置，從而達到預期的性能指標。最優控製基礎：引入二次型最優控製問題，講解LQR（綫性二次型調節器）的設計方法，並闡述其在性能與代價權衡方麵的意義。狀態觀測器：觀測器的概念與作用：當係統狀態無法直接測量時，需要設計狀態觀測器來估計係統狀態。介紹觀測器的基本原理，如Luenberger觀測器。觀測器設計：講解如何設計具有期望收斂速度的狀態觀測器，以及觀測器極點與狀態反饋極點的配置關係。狀態估計（可選，視教材深度）：簡要介紹卡爾曼濾波器（Kalman Filter）的基本思想，以及其在處理有噪聲測量下的狀態估計問題中的應用。第五部分：控製係統設計實例與發展趨勢本部分將前麵所學理論知識進行整閤，並展望未來的發展方嚮。機電一體化控製係統設計實例：伺服係統設計：以常見的電機伺服係統為例，綜閤運用建模、分析、控製器設計（PID、狀態反饋等）的完整流程，展示如何實現高性能的位置或速度控製。機器人控製基礎：簡要介紹機器人動力學模型、逆運動學以及簡單的機器人軌跡跟蹤控製問題，體現控製理論在機器人領域的應用。其他典型應用：可能還會涉及如數控機床、自動導引車（AGV）等典型機電控製係統的設計思路和關鍵技術。現代控製理論的發展趨勢：數字控製與采樣係統：探討離散時間係統的分析與設計，以及數字控製器在實際工程中的應用。智能控製：簡要介紹模糊控製、神經網絡控製等智能控製方法，以及它們在處理非綫性、不確定性係統中的優勢。自適應控製與魯棒控製：介紹當係統參數變化或存在不確定性時，如何通過自適應控製和魯棒控製來保證係統的性能和穩定性。模型預測控製（MPC）：簡要介紹MPC的基本原理，以及其在優化控製和多變量係統中的應用。三、適用對象本書適用於以下讀者群體：高等院校本科生：自動化、控製科學與工程、機電一體化、機器人工程、電氣工程及其自動化、機械電子工程等專業的學生，作為核心專業課程的教材。高等院校研究生：碩士、博士研究生，作為進一步深入學習控製理論與工程的入門或參考教材。工程技術人員：從事機電一體化産品研發、自動化係統設計、工業過程控製等領域的工程師，用於提升理論知識和解決實際工程問題。相關領域的研究人員：希望瞭解和掌握現代控製理論基礎的研究者。四、學習建議為瞭更好地掌握本書內容，建議讀者：重視基礎：紮實掌握第一部分關於係統建模和基本概念的內容，這是後續學習的關鍵。勤於計算：控製理論的許多內容離不開數學推導和計算，務必多做習題，動手實踐。結閤實際：嘗試將書中的模型和方法與身邊可見的機電係統聯係起來，培養工程直覺。深入理解：對於抽象的理論概念，要結閤其物理意義和工程背景進行理解，而不僅僅是記憶公式。利用工具：配閤MATLAB/Simulink等仿真軟件進行係統建模、仿真和分析，可以大大提高學習效率，並加深理解。《現代控製理論與方法概論（第2版）》旨在成為讀者探索復雜控製世界的一張可靠地圖，引領大傢走進高效、智能的現代控製工程新時代。

用戶評價

評分☆☆☆☆☆

一直以來，我對於機電一體化工程領域有著濃厚的興趣，尤其是在控製係統設計和優化方麵。我曾閱讀過不少相關的教材，但總覺得在理論深度和工程實踐的結閤上，還存在一些不足。最近，我翻閱瞭《現代控製理論與方法概論》（第二版），這本書給我的感受非常獨特。它並沒有直接深入到復雜的數學推導，而是從一個更加宏觀的視角，為讀者構建瞭一個清晰的控製理論知識體係。書中對各種控製策略的引入，都力求用直觀的語言和貼近實際的例子來解釋其核心思想，這對於初學者來說無疑是極大的福音。我特彆欣賞它在章節安排上，循序漸進，從基本的反饋控製概念，到PID控製器的原理和整定，再到更高級的狀態空間方法，都梳理得井井有條。雖然我目前還處於學習的初級階段，但通過這本書，我仿佛看到瞭控製工程這座宏偉殿堂的入口，讓我對接下來的深入學習充滿瞭期待。它成功地激發瞭我對這個領域進一步探索的欲望，也讓我認識到，紮實的理論基礎是進行任何創新性工程設計的基石。

評分☆☆☆☆☆

我是一位對機器人技術充滿熱情的愛好者，尤其癡迷於讓機器人能夠像人一樣靈活地運動和感知。在摸索過程中，我發現控製理論是實現這一切的關鍵。最近，我偶然發現瞭《現代控製理論與方法概論》（第二版），這本書給我打開瞭一個新的視野。它不僅僅是關於數學公式和算法的堆砌，更側重於傳達控製工程的哲學和思維方式。書中對於“狀態”和“觀測”的定義，以及如何通過“反饋”來修正係統行為，這些基礎概念的闡述，讓我對整個控製係統的運作原理有瞭更深刻的理解。特彆是關於模糊控製和神經網絡控製的介紹，雖然隻是概覽，但讓我看到瞭人工智能技術在控製領域的巨大潛力。我甚至開始嘗試將書中關於係統辨識的思想，應用到我自製的一個小型無人機上，試圖讓它能夠根據環境變化自動調整飛行姿態。這本書就像是一位經驗豐富的導師，循循善誘地引導我一步步走進控製的奇妙世界。

評分☆☆☆☆☆

說實話，我拿到《現代控製理論與方法概論》（第二版）這本書時，並沒有抱太高的期望。我是一名對理論研究比較感興趣的學生，平時閱讀的大多是偏嚮學術期刊和研究論文。然而，這本書的齣版，卻給瞭我意料之外的啓發。它在對各種控製理論進行介紹時，始終沒有脫離其背後的物理意義和工程背景。例如，在講解Lyapunov穩定性分析時，它並沒有直接給齣抽象的數學定理，而是從能量守恒的角度來解釋係統為何能夠達到穩定狀態，這種類比和解釋方式，大大降低瞭理解難度，也讓我看到瞭理論與實際之間的緊密聯係。書中對魯棒控製和自適應控製的介紹，也觸及瞭我目前正在研究的課題，雖然篇幅有限，但它提供瞭一個非常好的切入點，讓我能夠更係統地梳理相關文獻，並找到新的研究思路。總的來說，這本書在我看來，更像是一本“思想的啓迪者”，它用一種相對通俗易懂的方式，將復雜的控製科學呈現齣來，讓我在理論探索的道路上，看到瞭更多可能性。

評分☆☆☆☆☆

我是一名退休多年的老工程師，雖然已經離開工作崗位多年，但我對控製工程的熱情從未減退。這些年，我一直通過閱讀來關注行業的發展。最近，我讀到瞭《現代控製理論與方法概論》（第二版），這本書讓我對現代控製理論有瞭全新的認識。與我當年學習的控製理論相比，這本書的內容更加豐富和係統。我尤其贊賞它對於不同控製方法的辨析，比如對於最優控製和預測控製的介紹，讓我看到瞭控製理論是如何從“讓係統穩定”嚮“讓係統做得更好”演進的。書中對權函數和代價函數的講解，也讓我明白瞭如何用數學語言來量化“好”的標準，這在工程實踐中是非常重要的。雖然我可能不會再親自參與具體的項目設計，但這本書讓我能夠跟上時代發展的步伐，對現代控製工程的最新進展有瞭清晰的認知。它就像是一扇窗戶，讓我看到瞭控製科學的蓬勃生命力，也讓我為這個領域取得的巨大成就感到由衷的自豪。

評分☆☆☆☆☆

我是一名在自動化生産綫上工作的工程師，日常工作離不開各種控製係統的調試和維護。之前，我主要依賴經驗和一些零散的資料來解決問題，但隨著生産工藝的不斷升級，我深感現有知識的局限性。在一次技術交流中，有同事推薦瞭《現代控製理論與方法概論》（第二版），說是對理解更復雜的控製算法很有幫助。我帶著半信半疑的態度藉來一看，結果大為驚喜。這本書的語言風格非常嚴謹，但又不失清晰。它在講解經典控製理論的同時，也融入瞭許多現代控製的思想，比如模型預測控製的初步介紹，讓我瞭解到這種前沿技術是如何通過預測未來係統行為來優化控製決策的。書中對不同控製方法的優缺點分析也非常到位，這對於我在實際工作中選擇最適閤的控製策略，提供瞭非常有價值的參考。我嘗試將書中介紹的一些整定方法應用到實際的伺服係統上，效果比我以往的經驗值更加理想，係統響應速度和穩定性都有顯著提升。這本書確實是一本能夠直接指導工程實踐的寶貴財富。

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