自动控制原理习题解析（第三版） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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胡寿松 著

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• 自动控制原理
• 控制理论
• 习题集
• 解析
• 工程教育
• 高等教育
• 电子工程
• 自动化
• 控制系统
• 教材

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030563552

版次：01

商品编码：12337196

包装：平装

丛书名： "十二五"普通高等教育本科国家级规划教材

开本：16开

出版时间：2018-03-01

页数：391

字数：640000

正文语种：中文

内容简介

《自动控制原理习题解析（第三版）》为胡寿松教授主编的教材《自动控制原理》的学习指导性教学配套用书。《自动控制原理习题解析（第三版）》系统地给出了《自动控制原理（第七版）》中全部260道习题的详解，这些习题包含了概念题、基本题、证明题、工程应用题、MATLAB题、设计题和难题等七类题型。
　　《自动控制原理习题解析（第三版）》在习题解析过程中给出了解题思想的友情提示，指明解题过程的注意事项，其解题步骤科学、完善，且一题多解，以便相互校核；特别是在对绝大多数习题的解析过程中给出了相应的MATLAB验证程序，便于研究参数的不同选择对系统性能的影响，以选取佳参数，从而丰富了解题内容，可进一步升华读者对控制理论的掌握和应用。

目录

目录
前言
第一章 自动控制的一般概念 1
第二章 控制系统的数学模型 8
第三章 线性系统的时域分析法 38
第四章 线性系统的根轨迹法 83
第五章 线性系统的频域分析法 134
第六章 线性系统的校正方法 177
第七章 线性离散系统的分析与校正 219
第八章 非线性控制系统分析 255
第九章 线性系统的状态空间分析与综合 298
第十章 动态系统的最优控制方法 356
参考文献 391

《现代控制理论基础与应用》 内容概述： 本书旨在全面系统地介绍现代控制理论的核心概念、基本方法以及在工程实践中的广泛应用。全书内容紧密围绕现代控制理论的发展脉络，从基础理论构建出发，逐步深入到先进的控制策略和系统分析技术，最终落脚于实际工程问题的解决。本书特别强调理论与实践相结合，注重培养读者运用所学知识分析和解决复杂控制问题的能力。 第一部分：现代控制理论的基石——状态空间方法 本部分将现代控制理论的精髓——状态空间方法——置于首要地位，并进行了深入浅出的阐述。 系统建模与状态描述： 详细讲解了如何从物理原理或实验数据出发，建立复杂动态系统的数学模型。重点在于将多输入多输出（MIMO）的非线性系统转化为线性的、时不变（LTI）的或时变（LTV）的状态空间方程。内容涵盖了物理状态变量的选择、微分方程的离散化、传递函数与状态空间方程之间的相互转换等关键技术。理解并熟练掌握状态空间的描述方式，是后续所有高级控制理论学习的起点。 线性定常系统的基本性质： 在状态空间框架下，深入分析了线性定常系统的能控性与可观测性。能控性是关于“能否通过输入信号将系统状态从任意初值驱动到任意目标状态”的问题，而可观测性则是关于“能否从系统的输出信号中推断出系统的内部状态”。本书不仅定义了这两种基本性质，更提供了判断它们的充当条件（如秩判据）以及几何意义上的理解。这些性质是设计状态反馈控制器和状态观测器的前提。 线性系统的稳定性分析： 探讨了不同意义下的系统稳定性，包括李雅普诺夫稳定性、渐近稳定性以及指数稳定性。在状态空间描述下，重点介绍了李雅普诺夫第二方法，即通过构造李雅普诺夫函数来判断系统的稳定性，而无需显式求解系统的运动方程。这种方法对于非线性系统和时变系统同样适用，极大地拓展了稳定性分析的范畴。 线性系统的暂态响应和稳态响应： 结合状态空间模型，分析了系统在不同输入（如单位阶跃、单位冲激、指数信号等）下的零输入响应和零状态响应。通过特征值与特征向量的分析，深入揭示了系统动态行为的内在规律，如收敛速度、振荡特性等。 第二部分：现代控制器的设计——状态反馈与观测器 本部分聚焦于如何利用现代控制理论来设计有效的控制器，以达到预期的系统性能。 状态反馈控制： 详细介绍了全状态反馈控制器（$u = -Kx$）的设计方法。在能控性条件下，通过极点配置（Pole Placement）技术，可以将系统的闭环极点任意配置到期望的位置，从而精确地控制系统的动态响应。本书将介绍不同算法，如Ackermann公式、约当标准型法等，并分析其优缺点。 状态观测器设计： 考虑到实际系统中并非所有状态变量都能直接测量，因此状态观测器（State Estimator）的设计至关重要。本书将介绍Luenberger观测器的设计原理，即利用系统的输入和输出信息，来估计系统的内部状态。在可观测性条件下，通过设计观测器增益矩阵，可以使观测到的状态无限接近真实的系统状态。 复合控制与分离原理： 探讨了全状态反馈与状态观测器相结合的复合控制结构。基于分离原理（Separation Principle），可以独立设计状态反馈控制器和状态观测器，并将它们组合起来形成一个闭环系统。即便在存在观测器的情况下，闭环系统的极点也由控制器极点和观测器极点所决定，这大大简化了控制器的设计过程。 最优控制基础： 引入了最优控制的基本概念，特别是线性二次调节器（LQR）的设计。LQR旨在寻找一个状态反馈增益矩阵$K$，使得闭环系统的性能指标（通常是状态和控制输入的二次型）最小化。本书将推导Riccati方程，并介绍求解方法，以获得最优的性能。 第三部分：先进控制策略与系统分析 本部分将视角进一步扩展，介绍更复杂和更先进的控制技术，以及对系统进行更深入的分析。 能控标准型与能观标准型： 介绍了能控标准型（Controllable Canonical Form）和能观标准型（Observable Canonical Form）等系统标准型。这些标准型在理论分析和控制器设计中具有重要的作用，能够简化模型的表示，并便于某些算法的应用。 系统零点与零极点增益： 在状态空间描述下，重新审视了系统的传递函数，并深入分析了系统的零点（Zeros）对系统响应的影响。零点与极点共同决定了系统的动态行为，理解零点对于理解系统的内在特性以及设计控制器的效果至关重要。 线性多变量系统的控制： 拓展到更具普遍性的多输入多输出（MIMO）线性系统。探讨了MIMO系统在能控性、可观测性方面的特殊性，以及针对MIMO系统设计的控制策略，例如解耦控制、指令跟踪等。 离散时间系统分析与设计： 详细讲解了离散时间系统的状态空间描述、稳定性分析、能控性与可观测性，以及状态反馈和观测器的设计。这部分内容与连续时间系统并行，为数字控制器的设计奠定理论基础。 反馈线性化与非线性控制简介： 简要介绍非线性控制领域的一些基本思想，如反馈线性化（Feedback Linearization）。当系统可进行反馈线性化时，可以通过状态反馈和坐标变换将非线性系统转化为等价的线性系统，然后应用线性控制技术进行设计。这为处理实际中的非线性问题提供了一种思路。 第四部分：工程应用与案例分析 本部分将理论知识与实际工程问题相结合，通过具体的案例分析，展示现代控制理论的应用价值。 机器人控制： 介绍如何利用现代控制理论对机器人关节进行精确控制，实现路径跟踪、力矩控制等功能。 航空航天飞行器控制： 分析飞行器姿态控制、导航系统设计中的状态空间方法和最优控制应用。 过程控制与自动化： 探讨在化工、电力等领域的典型过程控制问题，如何应用状态反馈和观测器实现系统的稳定运行和性能优化。 电机及电力系统控制： 分析电机调速、电力系统稳定性控制等问题，以及现代控制技术在其中的作用。 数值仿真与软件工具： 介绍利用MATLAB/Simulink等仿真软件进行系统建模、控制器设计和性能验证的方法。 本书的特点： 1. 理论严谨与深度并存： 在保持理论严谨性的同时，力求深入浅出，使读者能够透彻理解概念背后的数学原理。 2. 循序渐进的教学体系： 按照逻辑顺序，从基础的状态空间方法到先进的控制策略，层层递进，构建完整的知识体系。 3. 强调工程实践： 通过大量的工程案例，展示理论知识在解决实际问题中的应用，培养读者的工程应用能力。 4. 注重数学工具与编程技能： 鼓励读者运用数学工具和仿真软件，提升解决实际问题的效率。 5. 适合对象： 本书适合高等院校自动化、电气工程、机械工程、航空航天等相关专业本科生、研究生，以及从事控制系统研发的工程师阅读。 通过学习本书，读者将能够建立起扎实的现代控制理论基础，掌握分析和设计各种复杂控制系统的核心技术，为未来在自动化和控制工程领域的深入学习和研究奠定坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

这本书最大的亮点在于其“解析”二字，它不仅仅是简单地给出答案，而是真正地“解析”了题目背后的逻辑和方法。我尤其喜欢其中关于状态空间分析的章节。在理解状态方程和输出方程时，书中通过多个不同物理系统的例子，将抽象的数学模型具象化，让我不再觉得只是在做机械的符号运算。例如，对于一个简单的RLC电路，书中详细展示了如何从电路方程推导出状态方程，以及如何通过改变状态变量的定义来获得不同的状态空间表示。这种循序渐进、由浅入深的方式，极大地降低了我对状态空间法的学习难度，也让我更加自信地去应对相关的习题。

评分☆☆☆☆☆

另外，我非常欣赏书中对各种控制器设计方法的阐述。PID控制器是自动控制领域最基础也是最重要的部分，而这本书在PID参数整定上提供了多种方法，包括经验法、Ziegler-Nichols方法等，并对每种方法的适用范围和优缺点进行了详细的比较。书中还给出了一些实际应用中的案例，说明如何在不同的工业场景下选择和设计PID控制器，这对于我理解理论知识与实际工程应用的结合非常有帮助。书中对于各种控制器（如超前、滞后、超前滞后补偿器）的设计步骤也给出了清晰的流程图和详细的计算示例，让我在面对复杂的系统设计问题时，不再束手无策。

评分☆☆☆☆☆

总而言之，这本《自动控制原理习题解析（第三版）》是我学习道路上的得力助手。它不仅帮助我巩固了课堂知识，更重要的是，它教会了我如何思考问题、如何分析问题，并最终找到解决问题的有效方法。书中的排版清晰，印刷质量也相当不错，整体阅读体验非常流畅。对于所有正在学习自动控制原理的同学来说，这本书无疑是一本值得拥有的参考书。它就像一位经验丰富、循循善诱的老师，总能在你困惑的时候，为你指点迷津，让你在知识的海洋中乘风破浪，勇往直前。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计颇具匠心，淡雅的蓝色背景搭配着醒目的橘黄色书名，在书架上显得格外引人注目。我拿到这本书时，就被它沉甸甸的质感所吸引，扉页上清晰的印着“第三版”，这让我对内容的更新和专业性有了更高的期待。我是一名即将步入大三的电气工程专业学生，自动控制原理一直是困扰我的科目之一。课本上的理论知识晦涩难懂，而市面上流传的习题集质量参差不齐，有些解析过于简略，有些则逻辑不清，让人看了更加迷茫。当我偶然间在图书馆翻阅到这本《自动控制原理习题解析（第三版）》时，内心是充满期待又带着一丝忐忑的。

评分☆☆☆☆☆

初次翻阅，我就被它详实细致的讲解所折服。我最头疼的传递函数和根轨迹部分，书中不仅给出了详细的求解步骤，还针对每一步的原理进行了深入浅出的剖析。例如，在求解传递函数时，书中不仅罗列了各种常见系统模型的传递函数形式，还通过对比不同系统参数对传递函数形式的影响，帮助我理解了不同结构下传递函数的推导思路。而对于根轨迹的绘制，书中更是提供了多种辅助工具和技巧，比如如何快速判断根轨迹的起点、终点、渐近线以及分离点，这些都是我在课本上难以找到的系统性讲解。更重要的是，书中出现的例题覆盖了从基础到进阶的各种类型，几乎涵盖了我学习过程中遇到的所有难点。